AT500376A2

AT500376A2 - Poröse schleifgegenstände mit schleifagglomeraten und verfahren zum herstellen der schleifagglomerate

Info

Publication number: AT500376A2
Application number: AT0909203A
Authority: AT
Original assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 2002-04-11
Filing date: 2003-03-21
Publication date: 2005-12-15
Also published as: KR100575023B1; EP2767364A2; TW200406279A; EP1492645A1; US20030194947A1; EP2767364A3; CA2479713C; CZ305225B6; ES2244349B2; AR039107A1; JP5274131B2; WO2003086704A1; HUP0500181A2; DE10392532T5; US6679758B2; JP2009034817A; CH697786B1; ZA200407415B; GB2405410A; RU2004133326A

Description

ZHXZT- BV-3905/BV-4032 - A'

Poröse Schleifqeqenstände mit Schleifacralomeraten und Verfahren zum Herstellen der Schleifaaalomerate

Die Erfindung betrifft gebundene Schleifgegenstände oder Schleifwerkzeuge, die durch die Verwendung bestimmter Schleifkornaggregate porös gemacht sind, und Verfahren zum Herstellen der Schleifkornaggregate.

Schleifwerkzeuge werden in unterschiedlichen Härtegraden oder Strukturen hergestellt, was durch die relativen Volumenanteile von Schleifkorn, Bindemittel und Porosität innerhalb einer Schleifkornmatrixzusammensetzung bestimmt wird. Bei vielen Schleifvorgängen verbessert die Porosität des Schleifwerkzeugs, insbesondere Porosität einer durchlässigen oder einer vernetzten Art, die Wirksamkeit des Schleifvorgangs und die Qualität des geschliffenen Werkstücks. Mischungen von Schleifmittelzusammensetzungen können Porositätsauslöser wie beispielsweise Blasen-Aluminiumoxid und Naphthalen zugegeben werden, um das Druckpressen und die Handhabung eines porösen, nicht ausgehärteten Schleifgegenstands zu erlauben und einen angemessenen Volumenanteil an Porosität in dem Endwerkzeug zu ergeben.

Natürliche Porosität, die sich aus der Dichte der Schleifkörner und der Bindemittelpartikel während des Druckpressens ergibt, ist nicht ausreichend, um eine Porositätseigenschaft zu erreichen, die für bestimmte Schleifvorgänge wünschenswert ist. Es wurden Porenauslöser zugegeben, um hohe Porositätsanteile zu ergeben, aber offene Kanäle oder vernetzte Porosität können mit den aus dem Stand der Technik bekannten Auslösern nicht erreicht werden (z.B. Hohlkeramik oder Glaskügelchen). Einige Porenauslöser müssen aus der Schleifmatrix ausgebrannt werden (z.B. Walnussschalen und Naphthalen), was verschiedene Herstellungsprobleme verursacht. Des Weiteren unterscheidet sich die Dichte der Porenauslöser, Bindungsmaterialien und - 2 -

Schleifkörner signifikant, was häufig eine Stratifizierung der Schleifmischung während der Handhabung und dem Pressformen und dadurch wiederum einen Verlust der Homogenität in der dreidimensionalen Struktur des fertigen Schleifgegenständes verursacht.

Der Volumenanteil an vernetzter Porosität oder Durchlässigkeit für Fluida hat sich als wesentlichere Determinante der Schleifleistung von Schleifgegenständen erwiesen, als die Porosität nach bloßem Volumenanteil. ü.S. Pat. Nr.-A-5,738,696 an Wu offenbart ein Verfahren zum Herstellen von gebundenen Schleifmitteln unter Verwendung von länglichen Schleifkörnern mit einem Längenverhältnis von mindestens 5:1. Die gebundenen Schleifscheiben haben eine durchlässige Struktur mit einer vernetzten Porosität von 55 80 Vol.-%. Die vernetzte Porosität ermöglicht die

Entfernung von Schleifabfall (Span) und den Durchtritt von Kühlflüssigkeit in der Scheibe während des Schleifens. Das Vorhandensein von vernetzter Porosität wird bestätigt, indem die Durchlässigkeit der Scheibe für den Luftstrom unter kontrollierten Bedingungen gemessen wird. Die faserförmigen Schleif körner sind vor der Montage der Scheibe sind nicht agglomeriert oder anderweitig mit Bindemittel beschichtet. U.S. Pat. Nr.-A-5,738,697 an Wu offenbart Schleifscheiben mit hoher Durchlässigkeit mit einer signifikanten Menge an vernetzter Porosität (40-80% nach Volumen). Diese Scheiben bestehen aus einer Matrix von fibrösen Partikeln mit einem Längenverhältnis von mindestens 5:1. Bei den fibrösen Partikel kann es sich um Schleifkörner aus gesintertem Sol-Gel-Aluminiumoxid oder um gewöhnliche, nicht-faserförmige Schleifkörner gemischt mit unterschiedlichen faserförmigen Füllmaterialien wie beispielsweise Keramikfaser, Polyesterfaser und Glasfaser und -vlies und mit den Faserpartikeln konstruierte Agglomerate handeln. Die faserförmigen Schleifkörner sind vor der Montage der Scheibe nicht agglomeriert oder anderweitig mit Bindemittel beschichtet 3

Schleifkörn ist zu verschiedenen Zwecken agglomeriert worden, hauptsächlich, um die Verwendung einer kleineren Partikelgröße (Korngröße) zu ermöglichen, um dieselbe Schleifeffizienz zu erhalten wie bei einer größeren Korngröße. In vielen Fällen wurden Schleifkörner mit Bindungsmaterialien agglomeriert, um eine weniger poröse Struktur und ein dichteres Schleifwerkzeug mit stärker gebundenen Schleifkörnern zu erreichen. Es wurde berichtet, dass Schleifkornagglomerate durch Mechanismen, die nicht mit der Menge oder der Eigenschaft der Porosität des Schleifgegenstands in Verbindung stehen, die Schleifwirkung verbessern. U.S. Pat. Nr.-A-2,194, 472 an Jackson offenbart beschichtete Schleifwerkzeuge, die aus Agglomeraten einer Mehrzahl von relativ feinen Schleifkörner und einer der Bindungen, die normalerweise bei beschichteten oder gebundenen Schleifwerkzeugen verwendet werden, bestehen. Es werden organische Bindemittel verwendet, damit sich die Agglomerate an die Unterschicht der beschichteten Schleifmittel anlagern. Die Agglomerate verleihen beschichteten Schleifmittel, die aus relativ feinem Korn hergestellt sind, eine Fläche mit offener Beschichtung. Die beschichteten Schleifmittel, die aus den Agglomeraten anstatt aus individuellen Schleifkörnern hergestellt sind, sind dadurch gekennzeichnet, dass sie relativ schnell schleifend, langlebig und für die Herstellung eines feinen Oberflächenzustandes des Werkstücks geeignet sind. U.S. Pat. Nr.-A-2,216,728 an Benner offenbart Schleifkorn/Bindungs-Aggregate, die aus einer beliebigen Art von Bindung hergestellt sind. Die Aufgabe der Aggregate ist es, während Schleifvorgängen sehr dichte Scheibenstrukturen zur Rückhaltung von Diamant- oder CBN-Korn zu erreichen. Wenn die Aggregate aus einer porösen Struktur bestehen, dient es dem Zweck, die Bindungsmaterialien zwischen den 4

Aggregaten in die Poren der Aggregate fließen zu lassen und die Struktur während des Brennens völlig zu verdichten. Die Aggregate erlauben die Verwendung von Schleifkornfeinanteilen, die sonst bei der Herstellung verloren gehen. U.S. Pat. Nr.-A-3,048,482 an Hurst offenbart geformte Mikroschleifsegmente von Schleifkornagglomeraten und organischen Bindungsmaterialien in Form von Pyramiden oder anderen konischen Formen. Die geformten MikroschleifSegmente sind an einer faserförmigen Unterschicht angebracht und werden verwendet, um beschichtete Schleifmittel herzustellen und die Oberfläche dünner Schleifscheiben zu belegen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie gegenüber den Werkzeugen, die ohne Schleifkornaggregat-Mikrosegmente hergestellt sind, eine längere Erhaltung der Schleiffähigkeit, eine kontrollierte Flexibilität des Werkzeugs, hohe Stärke und Sicherheit bei Umdrehungsgeschwindigkeiten, Widerstandswirkung und hocheffiziente Schleifleistung erbringt. U.S. Pat. Nr.-A-3,982,359 an Elbel lehrt die Bildung von Harzbindungen und Schleifkornaggregaten mit einer Härte, die größer ist, als die der zur Bindung der Aggregate in einem Schleifwerkzeug verwendeten Harzbindung. Bei kautschukgebundenen Scheiben, welche die Aggregate enthalten, werden schnellere Schleifraten und eine längere Lebensdauer des Werkzeugs erzielt. U.S. Pat. Nr.-A-4,355,489 an Heyer offenbart einen Schleifgegenstand (Scheibe, Platte, Riemen, Blatt, Block und dergleichen), der aus einer Matrix von wellenförmigen Filamenten, die an Stellen des manuellen Kontaktes aneinander gebunden sind, und aus Schleifagglomeraten mit einem Hohlraumvolumen von etwa 70-97%, besteht. Die Agglomerate können aus keramischen Bindungen oder Harzbindungen und beliebigen Schleifkörnern bestehen. 5 U.S. Pat. Nr.-A-4,364,746 an Bitzer offenbart Schleifwerkzeuge umfassend unterschiedliche Schleifagglomerate mit unterschiedlicher Stärke. Die Agglomerate bestehen aus Schleifkorn und Harzbindungen und können zur Steigerung der Stärke oder Härte andere Materialien, wie beispielsweise zerhackte Fasern, enthalten. U.S. Pat. Nr.-A-4,393,021 an Eisenberg, et al, offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Schleifagglomeraten aus Schleifkorn und einem Harzbinder unter Verwendung eines Siebnetzes und Rollen einer Paste aus dem Korn und dem Binder durch das Netz, um wurmähnliche Extrusionen herzustellen. Die Extrusionen werden durch Erhitzen gehärtet und dann zerdrückt, um Agglomerate zu bilden. U.S. Pat. Nr.-A-4,799, 939 an Bloecher lehrt erodierbare Agglomerate aus Schleifkorn, Hohlkörpern und organischem Binder und die Verwendung dieser Agglomerate in beschichteten Schleifmitteln und gebundenen Schleifmitteln. Für Schleifgegenstände, umfassend die Agglomerate, werden höherer Abschliff, längere Lebensdauer und Nutzbarkeit unter nassen Schleifbedingungen beansprucht. Die Agglomerate haben in ihrer größten Abmessung eine Größe von vorzugsweise 150-3.000 Mikron. Zur Herstellung der Agglomerate werden Hohlkörper, Korn, Binder und Wasser als eine Schlämme vermischt, die Schlämme wird durch Hitze oder Bestrahlung verfestigt, um das Wasser zu entfernen, und die feste Mischung wird in einer Zange oder einer Zerreibwalze zerdrückt und gesiebt. U.S. Pat. Nr.-A-5,129,189 an Wetscher offenbart Schleifwerkzeuge mit einer Harzbindungsmatrix, enthaltend Konglomerate aus Schleifkörn und Harz und Füllmaterial, wie beispielsweise Cryolit. - 6 - U.S. Pat. Nr.-A-5,651,729 an Benguerel lehrt eine Schleifscheibe mit einem Kern und einem Schleifrand, hergestellt aus einer Harzbindung und zerdrückten Agglomeraten aus Diamant- oder CBN-Schleifkorn mit einer metallischen oder keramischen Bindung. Die angegebenen Vorteile der mit den Agglomeraten hergestellten Scheiben umfassen einen hohen Spänedurchlass, hohen Abnutzungswiderstand, selbst-schärfende Eigenschaften, hohen mechanischen Widerstand der Scheibe und die Fähigkeit, den Schleifrand direkt auf den Kern der Scheibe zu binden. In einer Ausführungsform werden benutzte Diamant- oder CBN-gebundene Schleifränder zu einer Größe von 0,2 bis 3 mm zerdrückt, um die Agglomerate zu bilden. U.S. Pat. Nr-A-4,311,489 an Kressner offenbart Agglomerate von feinem (< 200 Mikron) Schleifkorn und Cryolit, wahlweise mit einem Silikatbinder, und deren Verwendung bei der Herstellung beschichteter Schleifwerkzeuge. U.S. Pat. Nr.-A-4,541,842 an Rostoker offenbart beschichtete Schleifmittel und Schleifscheiben mit Aggregaten aus Schleifkorn und einem Schaum, der aus einer Mischung aus keramischem Bindungsmaterial und anderen Rohmaterialien besteht, wie beispielsweise Ruß oder Carbonate, die sich für ein Aufschäumen während dem Brennen der Aggregate eignen. Die Aggregat-"Pellets" enthalten einen höheren Prozentanteil an Bindung als an Korn auf der Basis des Volumenanteils. Zur Herstellung von Schleifscheiben verwendete Pellets werden bei 900° C gesintert (auf eine Dichte von 70 Pfund/Kubikfuß; 1.134 g/cc) und das zur Herstellung der Scheibe verwendete keramische Bindemittel wird bei 880° C gebrannt. Bei Scheiben, die mit 17 Vol.-% Pellets hergestellt sind, war die Effizienz der Schleifleistung ähnlich wie bei Vergleichsscheiben mit 46 Vol.-% an Schleifkörn. Die Pellets enthielten offene Zellen in der keramischen Bindungsmatrix, wobei die relativ kleineren Schleifkörner um die offenen Zellen herum angeordnet waren. Ein Drehofen wird zum Brennen 7 der voragglomerierten, ungesinterten Aggregate erwähnt, die später aufgeschäumt und gesintert werden, um die Pellets herzustellen. US-5,975,988 an Christianson offenbart beschichtete Schleifgegenstände, umfassend eine Unterschicht und eine organisch gebundene Schleifschicht, wobei das Schleifmittel als geformte Agglomerate in Form einer gestutzten, vierseitigen Pyramide oder eines Würfels vorhanden ist. Die Agglomerate bestehen aus Superschleifkörnern, die in einem anorganischen Binder gebunden sind und den gleichen oder einen im Wesentlichen gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die Schleifkörner haben. WO 00/51788 an Stoetzel, et al. offenbart Schleifgegenstände mit einer Unterschicht, einer organischen Bindung, enthaltend harte, anorganische Partikel, die darin dispergiert sind, und Schleifpartikelagglomerate, die an die Unterschicht gebunden sind. Die Schleifpartikel in den Agglomeraten und die harten, anorganischen Partikel in der organischen Bindung haben im Wesentlichen dieselbe Größe. Agglomerate können zufällig oder genau geformt sein und mit einer organischen Bindung hergestellt sein. Die harten, anorganischen Partikel können Beliebige aus einer Anzahl von Schleifkornpartikeln sein. US-6,086,467 an Imai, et al. offenbart Schleifscheiben, die Schleifkorn und Korncluster von Füllkorn mit einer kleineren Größe als das Schleifkörn enthalten. Keramische Bindung kann verwendet werden und das Füllkorn kann Chromoxid sein. Die Größe der Korncluster ist 1/3 oder größer als die Größe des Schleifkorns. Zu den Vorteilen gehören kontrollierte Erosion der Bindung und die Rückhaltung des Schleifkorns bei Schleifanwendungen mit geringer Kraft unter Verwendung von Superschleifkorn, wobei das Superschleifkorn verdünnt werden muss, um die Schleifkräfte zu minimieren. Füllkorncluster können mit Wachs geformt sein. Es ist kein Sintern der

Cluster offenbart. WO 01/04227 A2 an Adefris, et al. offenbart einen Schleifgegenstand umfassend eine steife Unterschicht und keramische Schleifzusammensetzungen, die aus Schleifpartikeln in einer porösen Keramikmatrix bestehen. Die Zusammensetzungen werden durch eine Metallbeschichtung, wie beispielsweise ein galvanisch belegtes Metall, an der Unterschicht gehalten.

Keine der Entwicklungen aus dem Stand der Technik schlägt die Herstellung von Schleifgegenständen unter Verwendung poröser Schleifkornaggregate und Bindungspartikeln vor, um den Prozentanteil und die Eigenschaft der Porosität zu kontrollieren und die Porosität in der Form einer durchlässigen, vernetzten Porosität in gebundenen Schleifgegenständen zu erhalten. Es wird nicht vorgeschlagen, ein Drehkalzinierungsverfahren zur Herstellung unterschiedlicher Schleifkornaggregate zur Verwendung in den Schleifgegenständen zu verwenden. Die Verfahren und Werkzeuge der Erfindung ergeben neue Strukturen aus Agglomeratmischungen bestehender Kombinationen aus Schleifkorn und Bindung und sind so durchdacht, dass sie eine kontrollierte Ausführung und Herstellung einer breiten Vielfalt von Schleifgegenstandstrukturen mit vorteilhaften, bimodalen, vernetzten Porositätseigenschaften erlauben. Solche bimodale, vernetzte Porosität verstärkt die Leistung des Schleifwerkzeugs, insbesondere in großen Kontaktbereichen, beim Präzisionsschleifen, wie beispielsweise beim Kriechgang-Flachschleifen, beim Schleifen von Innendurchmessern und beim Schleifen im Werkzeugbau.

Die Erfindung ist ein gebundenes Schleifwerkzeug mit einer Struktur, die gegenüber dem Durchfluss von Fluida durchlässig ist, wobei das Werkzeug umfasst: 9 a) etwa 5-75 Vol.-% gesinterte Agglomerate, umfassend eine Vielzahl von Schleifkörpern, die von einem Bindungsmaterial gehalten werden, wobei das Bindungsmaterial dadurch gekennzeichnet ist, dass es eine Schmelztemperatur zwischen 500 und 1400° C besitzt und die gesinterten Agglomerate vor der Herstellung des Werkzeugs eine dreidimensionale Form und eine Anfangsgrößenverteilung haben; b) eine Bindung; und c) etwa 35-80 Vol.-% Gesamtporosität, wobei die Porosität mindestens 30 Vol.-% vernetzte Porosität enthält; wobei mindestens 50 Gew.-% der gesinterten Agglomerate in dem gebundenen Schleifwerkzeug nach der Herstellung des Werkzeugs eine Vielzahl von Schleifkörpern zurückbehalten, die in einer dreidimensionalen Form gehalten sind.

In einer anderen Ausführungsform umfasst die Erfindung ein keramisch gebundenes Schleifwerkzeug mit einer Struktur, die gegenüber dem Durchfluss von Fluida durchlässig ist, wobei das Werkzeug umfasst: a) etwa 5-75 Vol.-% gesinterte Agglomerate einer Vielzahl von Schleifkörnern mit einem Bindungsmaterial, wobei das Bindungsmaterial bei der Schmelztemperatur des Bindungsmaterials durch eine Viskosität A gekennzeichnet ist; b) eine keramische Bindung, gekennzeichnet durch eine Viskosität B bei der Schmelztemperatur des Bindungsmaterials, wobei die Viskosität B mindestens 33% geringer ist als Viskosität A; und c) etwa 35-80 Vol.-% Porosität, umfassend mindestens 30 Vol.-% vernetzte Porosität.

Die Erfindung umfasst des Weiteren ein durch ein keramisch gebundenes Schleifwerkzeug mit einer Struktur, die für den Durchfluss von Fluida durchlässig ist, wobei das Werkzeug umfasst: 10 a) etwa 5-60 Vol.-% gesinterte Agglomerate einer Vielzahl von Schleifkörnern mit einem Bindungsmaterial, wobei das Bindungsmaterial durch eine Schmelztemperatur A gekennzeichnet ist; b) eine keramische Bindung gekennzeichnet durch eine Schmelztemperatur B, wobei die Schmelztemperatur B mindestens 150° C niedriger ist als Schmelztemperatur A; und c) etwa 35-80 Vol.-% Porosität, einschließlich mindestens 30 Vol.-% vernetzte Porosität.

In einem anderen Aspekt der Erfindung ist das Werkzeug ein gebundenes Schleifwerkzeug mit einer Struktur, die für den Durchfluss von Fluida durchlässig ist, wobei das Werkzeug umfasst: a) etwa 34-56 Vol.-% Schleifkörn; b) etwa 3-25 Vol.-% Bindung; und c) etwa 35-80 Vol.-% Gesamtporosität, einschließlich mindestens 30 Vol.-% vernetzte Porosität; wobei die vernetzte Porosität ohne Zugabe porositätsinduzierender Medien und ohne Zugabe länglich geformter Materialien, bei denen das Längenverhältnis von Länge zu Querschnitt mindestens 5:1 beträgt, erzeugt wurde.

Die Erfindung umfasst des Weiteren Verfahren zum Herstellen der Agglomerate und die Werkzeuge der Erfindung.

Die Erfindung umfasst ein Verfahren zum Agglomerieren von Schleifkörn, umfassend die Schritte: a) Einspeisen des Korns und eines Bindungsmaterials, ausgewählt aus der Gruppe im Wesentlichen bestehend aus keramischen Bindungsmaterialien, gesinterten

Materialien, keramischen Materialien, anorganischen Bindern, organischen Bindern, Wasser, Lösungsmittel und 11

Kombinationen davon, in einen Drehkalzinierungsofen mit einer kontrollierten Einspeisungsrate; b) Drehen des Ofens bei einer kontrollierten Geschwindigkeit; c) Erhitzen der Mischung auf Temperaturen von etwa 145 bis 1.300° C mit einer Erwärmungsrate, die von der Einspeisungsrate und der Geschwindigkeit des Ofens bestimmt wird; d) Rollieren des Korns und des Bindungsmaterials in dem

Ofen, bis sich das Bindungsmaterial an das Korn anlagert und sich eine Vielzahl von Körnern zusammenlagert, um eine Vielzahl gesinterter Agglomerate zu bilden; und e) Wiedergewinnung der gesinterten Agglomerate aus dem Ofen, wobei die gesinterten Agglomerate eine dreidimensionale Form, eine lose Packdichte von < 1,6 g/cc haben und eine Vielzahl von Schleifkörnern enthalten.

Die Erfindung umfasst außerdem gesinterte

Schleifkornagglomerate, hergestellt durch ein Verfahren umfassend die Schritte: a) Einspeisen von Schleifkorn mit einem Bindungsmaterial in einen Drehkalzinierungsofen mit einer kontrollierten Einspeisungsrate; b) Drehen des Ofens bei einer kontrollierten Geschwindigkeit; c) Erhitzen der Mischung auf Temperaturen von etwa 145 bis 1.300° C mit einer Erwärmungsrate, die von der Einspeisungsrate und der Geschwindigkeit des Ofens bestimmt wird; d) Rollieren des Korns und des Bindungsmaterials in dem Ofen, bis sich das Bindungsmaterial an das Korn anlagert und sich eine Vielzahl von Körnern 12 zusammenlagert, um eine Vielzahl gesinterter Agglomerate zu bilden; und e) Wiedergewinnung der gesinterten Agglomerate aus dem Ofen, wobei die gesinterten Agglomerate anfänglich eine dreidimensionale Form, eine lose Packdichte von < 1,6 g/cc haben und eine Vielzahl von Schleifkörnern enthalten.

Unter Anwendung dieser Verfahrensweise wird ein Schleifwerkzeug umfassend 5 bis 75 Vol.-% Schleifkornagglomerate durch ein Verfahren umfassend die folgenden Schritte hergestellt: a) Einspeisen von Schleifkorn und eines

Bindungsmaterials, ausgewählt aus der Gruppe im Wesentlichen bestehend aus keramischen

Bindungsmaterialien, gesinterten Materialien, keramischen Materialien, anorganischen Bindemitteln, organischen Bindemitteln, Wasser, Lösungsmittel und Kombinationen davon, in einen Drehkalzinierungsofen mit einer kontrollierten Einspeisungsrate; b) Drehen des Ofens bei einer kontrollierten Geschwindigkeit; c) Erhitzen der Mischung auf Temperaturen von etwa 145 bis 1.300° C mit einer Erwärmungsrate, die von der Einspeisungsrate und der Geschwindigkeit des Ofens bestimmt wird; d) Rollieren der Mischung in dem Ofen, bis sich das Bindungsmaterial an das Korn anlagert und sich eine Vielzahl von Körnern zusammenlagert, um eine Vielzahl gesinterter Agglomerate zu bilden; e) Wiedergewinnung der gesinterten Agglomerate aus dem Ofen, wobei die gesinterten Agglomerate aus einer Vielzahl von Schleifkörnern bestehen, die durch das Bindungsmaterial aneinander gebunden sind, und zu 13

Beginn eine dreidimensionale Form und eine lose Packdichte von <1,6 g/cc haben; f) Pressformen der gesinterten Agglomerate in einen geformten Verbundkörper; und g) thermisches Behandeln des geformten Verbundkörpers zum Formen des Schleifwerkzeugs.

Verfahren zum Schleifen unter Verwendung der Schleifwerkzeuge der Erfindung, insbesondere Verfahren zum Flachschleifen sind ebenfalls offenbart.

Figur 1 ist eine SchemaZeichnung eines Drehofens zum Durchführen des Verfahrens zur Herstellung der

Schleifkornagglomerate der Erfindung.

Figur 2 ist eine Mikrofotografie eines Querschnitts einer

Schleifscheibe der Erfindung, die mit Kornagglomeraten (hellere Bereiche der Fotografien) hergestellt ist und eine Porosität innerhalb der Agglomerate (kleinere, dunklere Bereiche der Fotografien) und eine vernetzte Porosität (dunklere Bereiche der Fotografie) zwischen den Agglomeraten besitzt.

Figur 3 ist eine Mikrofotografie eines Querschnitts einer

Vergleichsscheibe aus dem Stand der Technik, die das Nichtvorhandensein von Kornagglomeraten und das Nichtvorhandensein großer vernetzter Porosität in der Struktur der Scheibe zeigt.

Schleifkornagglomerate der Erfindung sind dreidimensionale Strukturen oder Granula, einschließlich gesinterte, poröse Zusammensetzungen von Schleifkörn und Bindungsmaterial. Die Agglomerate haben eine lose Packdichte (LPD) von <1,6 g/cc, eine etwa 2 bis 20 Mal größere, mittlere Abmessung als die mittlere Korngröße und eine Porosität von etwa 30 bis 88 Vol.-%. Die Schleifkornagglomerate haben vorzugsweise eine Quetschfestigkeit von mindestens 0,2 MPa. 14

Das Schleifkorn kann eines oder mehr der Schleifkörner enthalten, die zur Verwendung in Schleifwerkzeugen bekannt sind, wie beispielsweise Aluminiumoxidkörner, einschließlich Elektrokorund, Sinterkorund und Sol-Gel-Sinterkorund, Sinterbauxit und dergleichen, Siliciumkarbid, Aluminiumoxid-Zirkonoxid, Alumina-Oxynitrid, Ceriterde, Borsuboxid, Granat, Flint, Diamant, einschließlich natürlicher und synthetischer Diamant, kubisches Bornitrid (CBN) und Kombinationen davon. Es kann jede Größe oder Form von Schleifkörn verwendet werden. Beispielsweise kann das Korn längliche Sol-Gel-Sinterkorundkörner mit einem Höhen-Längenverhältnis des in US Pat. Nr. 5,129,919 offenbarten Typs umfassen.

Zur diesbezüglichen Verwendung geeignete Korngröße reicht von herkömmlichen Schleifkörnern (z.B. größer als 60 und bis zu 7.000 Mikron) bis hin zu Mikroschleifkörnern (z.B. 0,5 bis 60 Mikron) und Mischungen dieser Größen. Für einen beliebigen Schleifvorgang kann es wünschenswert sein, Schleifkorn zu agglomerieren, dessen Korngröße kleiner ist als eine normalerweise für diesen Schleifvorgang ausgewählten Korngröße bei nicht agglomeriertem Schleifkörn. Beispielsweise können Schleifmittel der Korngröße 54 durch Schleifagglomerate der Korngröße 80, Schleifmittel der Korngröße 60 durch Schleifagglomerate der Korngröße 100 und Schleifmittel der Korngröße 80 durch Schleifagglomerate der Korngröße 120 ersetzt werden.

Die bevorzugte Größe von gesinterten Agglomeraten für typische Schleifkörner reicht von etwa 200 bis 3.000, mehr bevorzugt von 350 bis 2.000, am meisten bevorzugt von 425 bis 1.000 Mikrometer im mittleren Durchmesser. Für Mikroschleifkorn reicht die bevorzugte Größe der gesinterten Agglomerate von 5 bis 180, mehr bevorzugt von 20 bis 150, am meisten bevorzugt von 70 bis 120 Mikrometer im mittleren Durchmesser. 15

Das Schleif körn ist in einer Menge von etwa 10 bis 65 Vol.-%, mehr bevorzugt von 35 to 55 Vol.-% und am meisten bevorzugt von 48 bis 52 Vol.-% des Agglomerats vorhanden.

Zur Herstellung der Agglomerate verwendbare Bindungsmaterialien umfassen vorzugsweise keramische und gesinterte Materialien, vorzugsweise der Sorte, die als Bindungssystem für keramisch gebundene Schleifwerkzeuge verwendet wird. Diese keramischen Bindungsmaterialien können ein vorgebranntes Glas sein, das zu einem Pulver zermahlen ist (eine Fritte), oder eine Mischung aus verschiedenen Rohmaterialien wie beispielsweise Ton, Feldspan, Kalk, Borax und Soda oder eine Kombination aus gefritteten Materialien und Rohmaterialien. Bei Temperaturen von etwa 500 bis 1400° C verbinden sich solche Materialien und bilden eine flüssige Glasphase und benetzten die Oberfläche des Schleifkorns, um beim Abkühlen Bindungsstützen zu erzeugen, wodurch das Schleifkorn innerhalb einer Verbundstruktur gehalten wird. Beispiele geeigneter Bindungsmaterialien zur Verwendung in den Agglomeraten sind in Tabelle 2 unten gegeben. Bevorzugte Bindungsmaterialien sind durch eine Viskosität von etwa 345 bis 55.300 Poise bei 1180° C und eine Schmelztemperatur von etwa 800 bis 1.300° C gekennzeichnet.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bindungsmaterial eine keramische BindungsZusammensetzung umfassend eine gebrannte Oxidzusammensetzung von 71 Gew.-% Si02 und B203, 14 Gew.-% Äl203, weniger als 0,5 Gew.-% Erdalkalioxiden und 13 Gew.-% Alkalioxiden.

Das Bindungsmaterial kann auch ein Keramikmaterial sein, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf Silica, Alkali, Erdalkali, gemischte Alkali- und Erdalkalisilikate, Aluminiumsilikate, Zirkoniumsilikate, hydrierte Silikate, Aluminate, Oxide, Nitride, Oxynitride, Karbide, Oxykarbide und Kombinationen und Derivate davon. Im Allgemeinen 16 - unterscheiden sich Keramikmaterialien von Glasmaterialien oder gesinterten Materialien insofern, als die Keramikmaterialien kristalline Strukturen umfassen. Manche Glasphasen können in Kombination mit den kristallinen Strukturen vorhanden sein, insbesondere bei Keramikmaterialien in einem nicht veredelten Zustand. Keramikmaterialien in einem Rohzustand, wie beispielsweise Töne, Zemente und Mineralien können hierin verwendet werden. Beispiele bestimmter, zur diesbezüglichen Verwendung geeigneter keramischen Materialen umfassen Silica, Natriumsilikate, Mullit und andere Aluminosilikate, Zirkon-Mullit, Magnesiumaluminat, Magnesiumsilikat, Zirkoniumsilikate, Feldspan und andere Alkali-Aluminosilikate, Spinelle, Calciumaluminat, Magnesiumaluminat und andere Alkalialuminate, Zirkon, mit Yttrium stabilisiertes Zirkon, Magnesiumoxid, Calciumoxid, Ceriumoxid, Titan oder andere Zusätze aus seltenen Erden, Talk, Eisenoxid, Aluminiumoxid, Bohemit, Boroxid, Ceriumoxid, Alumina-Oxynitrid, Bornitrid, Siliciumnitrid, Graphit und Kombinationen dieser Keramikmaterialien, sind jedoch nicht darauf beschränkt.

Das Bindungsmaterial wird in gepulverter Form verwendet und kann zu einem flüssigen Vehikel gegeben werden, um während der Herstellung der Agglomerate eine einheitliche, homogene Mischung von Bindungsmaterial· mit Schleifkorn sicherzustellen.

Zu dem pulverisierten Bindungsmaterial wird als Press- oder Verarbeitungshilfe vorzugsweise eine Dispersion organischer Binder gegeben. Diese Binder können Dextrine, Stärke, tierischen Eiweißkleber und andere Arten von Kleber enthalten; einen flüssigen Bestandteil wie beispielsweise Wasser, Lösungsmittel, Viskositäts- oder pH-Modifikatoren und Mischhilfen. Die Verwendung organischer Binder verbessert die Einheitlichkeit des Agglomerates, besonders die Einheitlichkeit der Dispersion des Bindungsmaterials auf dem 17

Korn und die Strukturqualität der vorgebrannten oder ungesinterten Agglomerate sowie die des gebrannten Schleifwerkzeugs, das die Agglomerate enthält. Da die Binder während des Brennens der Agglomerate ausgebrannt werden, werden sie kein Teil des fertigen Agglomerats oder des fertigen Schleifwerkzeugs.

Zu der Mischung kann ein anorganisches Adhäsionsfördermittel gegeben werden, um gegebenenfalls zur Verbesserung der Mischqualität die Adhäsion des Bindungsmaterials an das Schleifkörn zu verbessern. Das anorganische

Adhäsionsfördermittel kann bei der Herstellung der Agglomerate mit oder ohne einen organischen Binder verwendet werden.

Obgleich bei der Agglomeraten der Erfindung Bindungsmaterialien bevorzugt sind, die sich bei hohen Temperaturen verbinden, kann das Bindungsmaterial auch andere anorganische Binder, organische Binder, organische Bindungsmaterialien, Metallbindungsmaterialien und

Kombinationen davon umfassen. Bindungsmaterialien, die in der Schleifwerkzeugbranche als Bindung für organisch gebundene Schleifmittel, beschichtete Schleifmittel, metallgebundene

Schleifmittel und dergleichen verwendet werden, sind bevorzugt.

Das Bindungsmaterial ist in etwa 0,5 bis 15 Vol.-%, mehr bevorzugt in 1 bis 10 Vol.-% und am meisten bevorzugt in 2 bis 8 Vol.-% des Agglomerats vorhanden.

Die bevorzugten Vol.-% an Porosität in dem Agglomerat sind so hoch, wie es technisch innerhalb der Grenzen der mechanischen Stärke möglich ist, die erforderlich sind, um ein Schleifwerkzeug herzustellen und mit ihm zu schleifen. Die Porosität kann im Bereich von 30 bis 88 Vol.-%, vorzugsweise von 40 bis 80 Vol.-% und am meisten bevorzugt von 50-75 Vol.-% liegen. Ein Anteil (z.B. bis zu etwa 75 Vol.-%) der Porosität in den Agglomeraten ist vorzugsweise 18 als vernetzte Porosität vorhanden oder als Porosität, die gegenüber dem Durchfluss von Fluida, einschließlich Flüssigkeiten (z.B. Schleifkühlmittel und Span) und Luft durchlässig ist.

Die Dichte der Agglomerate kann unterschiedlich ausgedrückt werden. Die Raumdichte der Agglomerate kann als die LPD ausgedrückt werden. Die relative Dichte der Agglomerate kann als Prozentanteil der relativen Anfangsdichte oder als ein Verhältnis der relativen Dichte der Agglomerate zu den zur Herstellung der Agglomerate verwendeten Bestandteilen ausgedrückt werden, wobei das Volumen an vernetzter Porosität in den Agglomeraten berücksichtigt wird.

Die mittlere relative Anfangsdichte, ausgedrückt als Prozentanteil, kann berechnet werden, indem die LPD (_) unter Annahme von null Porosität durch eine theoretische Dichte der Agglomerate (_0) dividiert wird. Die theoretische Dichte kann nach dem Verfahren der volumetrischen Mischungsregel aus dem Prozentanteil des Gewichts und der spezifischen Dichte des in dem Agglomerat vorhandenen Bindungsmaterials und des Schleifkorns berechnet werden. Für die gesinterten Agglomerate der Erfindung beträgt der maximale Prozentanteil der relativen Dichte 50 Vol.-%, wobei ein maximaler Prozentanteil der relativen Dichte von 30 Vol.-% mehr bevorzugt ist.

Die relative Dichte kann durch eine Flüssigkeitsverdrängungsvolumentechnik gemessen werden, um die vernetzte Porosität einzuschließen und die Porosität in den geschlossenen Zellen auszuschließen. Die relative Dichte ist das Verhältnis des Volumens der durch Flüssigkeitsverdrängung gemessenen, gesinterten Agglomerate zu dem Volumen der zur Herstellung des gesinterten Agglomerats verwendeten Materialien. Das Volumen der zur Herstellung des Agglomerats verwendeten Materialien ist ein Maß des sichtbaren Volumens auf der Basis der Mengen und 19

Packdichten des Schleifkorns und des Bindermaterials, die zur Herstellung der Agglomerate verwendet werden. Für die gesinterten Agglomerate der Erfindung beträgt eine maximale relative Dichte der gesinterten Agglomerate vorzugsweise 0,7, wobei eine maximale relative Dichte von 0,5 mehr bevorzugt ist.

Die Agglomerate können durch unterschiedliche Techniken zu zahlreichen Größen und Formen geformt werden. Diese Techniken können vor, während oder nach dem Brennen der Mischung aus Korn und Bindungsmaterial im AnfangsStadium (dem „ungesinterten" Stadium) durchgeführt werden. Der Schritt des Erhitzens der Mischung, damit das Bindungsmaterial schmilzt und fließt, wodurch sich das Bindungsmaterial an das Korn anlagert und das Korn in einer agglomerierten Form fixiert, wird als Brennen, Kalzinieren oder Sintern bezeichnet. Jedes aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zum Agglomerieren von Partikelmischungen kann zur Herstellung der Schleifagglomerate verwendet werden.

In einer ersten Ausführungsform des hierin verwendeten Verfahrens zur Herstellung von Agglomeraten wird die Anfangsmischung aus Korn und Bindungsmaterial agglomeriert, bevor die Mischung gebrannt wird, um eine relativ schwache, mechanische Struktur zu erzeugen, die als „ungesintertes Agglomerat" oder „vorgebranntes Agglomerat" bezeichnet wird.

Zur Durchführung der ersten Ausführungsform können Schleifkorn und Bindungsmaterialien durch eine Reihe von unterschiedlichen Techniken im ungesinterten Stadium agglomeriert werden, z.B. in einem Wannen-Granulierer (Pan Pelletizer) , und dann zum Sintern in einen Drehkalzinierungsapparat eingespeist werden. Die ungesinterten Agglomerate können in eine Wanne oder auf ein Gestell gegeben und im Ofen ohne Rollieren in einem kontinuierlichen oder schubweisen Prozess gebrannt werden. - 20

Das Schleifkorn kann in ein verflüssigtes Bett überführt werden, dann mit einer das Bindungsmaterial enthaltenden Flüssigkeit benetzt werden, damit sich das Bindungsmaterial an das Korn anlagert, hinsichtlich der Agglomeratgröße gesiebt und dann in einem Ofen oder Kalzinierungsapparat gebrannt werden.

Wannengranulierung kann durchgeführt werden, indem Korn zu einer Mischschale gegeben wird und ein das Bindungsmaterial enthaltender Flüssigbestandteil (z.B. Wasser oder organische Binder und Wasser) unter Mischen auf das Korn dosiert wird, um diese zusammen zu agglomerieren. Eine Flüssigdispersion des Bindungsmaterials, wahlweise mit einem organischen Binder, kann auf das Korn gesprüht werden, und dann kann das beschichtete Korn gemischt werden, um Agglomerate zu formen.

Ein Niedrigdruck-Strangpresse kann verwendet werden, um eine Paste aus dem Korn und dem Bindungsmaterial in Größen und Formen strangzupressen, die getrocknet werden, um Agglomerate zu bilden. Mit dem in U.S.-A-4,393,021 offenbarten Apparat und Verfahren kann eine Paste aus den Bindungsmaterialien und dem Korn mit einer organischen Binderlösung hergestellt werden und in längliche Partikel stranggepresst werden.

In einem Trockengranulierungsprozess kann ein Blatt oder ein Block aus Schleifkorn, das in einer Dispersion oder Paste des Bindungsmaterials eingebettet ist, getrocknet werden, und dann kann eine Rollpresse verwendet werden, um den Verbund aus Korn und Bindungsmaterial zu brechen.

In einem anderen Verfahren der Herstellung von ungesinterten Agglomeraten oder Vorläuferagglomeraten kann die Mischung aus dem Bindungsmaterial und dem Korn zu einer Pressformvorrichtung gegeben und die Mischung formgepresst werden, um genaue Formen und Größen zu bilden, 21 beispielsweise auf die in U.S. Pat. Nr. 6,217,413 Bl offenbarte Art und Weise.

In einer zweiten Ausführungsform des diesbezüglich zur Herstellung von Agglomeraten nützlichen Verfahrens wird eine einfache Mischung aus Korn und Bindungsmaterial (wahlweise mit einem organischen Binder) in einen Drehkalzinierungsapparat des in Figur 1 gezeigten Typs gespeist. Die Mischung wird bei einer voreingestellten Umdrehungsgeschwindigkeit entlang einer voreingestellten Neigung unter Anwendung von Hitze rolliert. Während sich die Bindungsmaterialmischung erhitzt, schmilzt, fließt und sich an das Korn anlagert, bilden sich Agglomerate. Die Brenn-und Agglomerationsschritte werden bei kontrollierten Raten und Volumina der Einspeisung und Hitzeanwendung gleichzeitig durchgeführt. Die Einspeisungsrate wird im Allgemeinen eingestellt, um einen Fluss zu ergeben, der in etwa 8-12 Vol.-% der Röhre (d.h. des Ofenanteils) des Drehkalzinierungsapparates einnimmt. Die maximale Temperaturexposition in dem Apparat ist ausgewählt, um die Viskosität des Bindungsmaterials in einem flüssigen Stadium zu halten, d.h. bei einer Viskosität von mindestens etwa 1.000 Poise. Dies vermeidet zu starken Fluss des Bindungsmaterials auf die Oberfläche der Röhre und den Verlust von Bindungsmaterial von der Oberfläche des Schleifkorns.

Um den Agglomerationsprozess zum Agglomerieren und Brennen der Agglomerate in einem einzigen Verfahrensschritt durchzuführen, kann ein Drehkalzinierungsapparat des in Figur 1 veranschaulichten Typs verwendet werden. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird ein Füllschacht (10) enthaltend die Rohmaterial (11)-Mischung des Bindungsmaterials und des Schleifkorns in ein Mittel (12) zum Dosieren der Mischung in eine hohle Heizrohre (13) eingespeist. Die Röhre (13) ist mit einem Neigungswinkel (14) von etwa 0,5 - 5,0 Grad angebracht, so dass das Rohmaterial (11) per Schwerkraft - 22 durch die Hohlröhre (13) gespeist wird. Gleichzeitig wird die Hohlröhre (13) bei einer kontrollierten Geschwindigkeitsrate in der Richtung des Pfeils (a) gedreht, um das Rohmaterial (11) und die erhitzte Mischung (18) zu rollieren, während sie entlang der Länge der Hohlröhre passieren.

Ein Abschnitt der Hohlröhre (13) wird erhitzt. In einer Ausführungsform kann der erhitzte Abschnitt drei Heizzonen (15, 16, 17) mit einer Längenabmessung (dl) von 60 Zoll (152 mm) entlang der Länge (d2) von 120 Zoll (305 mm) der Hohlröhre (13) umfassen. Die Heizzonen erlauben dem Bediener, die Verfahrenstemperatur zu kontrollieren und so zu variieren, wie es für das Sintern der Agglomerate erforderlich ist. In anderen Modellen des Apparats kann die Hohlröhre nur eine oder zwei Heizzonen umfassen oder sie kann mehr als drei Heizzonen umfassen. Obgleich nicht dargestellt in Fig. 1, ist der Apparat mit einer Heizvorrichtung und mechanischen, elektronischen und Temperaturkontroll- und -messvorrichtungen ausgestattet, die wirksam sind, um den Heizvorgang durchzuführen. Wie in der Querschnittsansicht der Hohlröhre (13) zu sehen ist, kann das Rohmaterial (11) in der Röhre in eine erhitzte Mischung (18) ungewandelt werden und verlässt die Röhre als Agglomeratgranula (19) und wird als solche aufgefangen. Die Wand der Hohlröhre hat je nach Modell und Typ des zur Konstruktion der Hohlröhre verwendeten Materials (z.B. feuerfeste Metalllegierung, feuerfester Ziegel, Siliciumkarbid, Mullit) eine Innendurchmesserabmessung (d3) im Bereich von 5,5 bis 30 Zoll (14 - 76 mm) und einen Durchmesser (d4) im Bereich von 6 bis 36 Zoll (15 - 91 mm).

Der Neigungswinkel der Röhre kann im Bereich von 0,5 bis 5,0 Grad liegen und die Drehung der Röhre kann bei 0,5 bis 10 Umdrehungen pro Minute betrieben werden. Die Einspeisungsrate für einen Drehkalzinierer im kleinen Maßstab kann im Bereich von etwa 5 bis 10 kg/Stunde liegen, 23 und eine Einspeisungsrate für Produktion im Industriemaßstab kann im Bereich von etwa 227 bis 910 kg/Stunde liegen. Der Drehkalzinierer kann auf eine Sintertemperatur von 800 bis 1400° C erhitzt werden, und das Einspeisungsmaterial kann mit einer Rate von 200° C/Minute erhitzt werden, wenn das Rohmaterial in die erhitzte Zone gelangt. Die Kühlung findet im letzten Abschnitt der Röhre statt, wenn das Rohmaterial sich von einer erhitzten Zone in eine nicht erhitzte Zone bewegt. Das Produkt wird z.B. mit einem Wasserkühlsystem auf Raumtemperatur abgekühlt und aufgefangen.

Geeignete Drehkalzinierungsmaschinen sind erhältlich von Harper International, Buffalo, New York, USA oder von Aistom Power, Inc., Applied Test Systems, Inc. und anderen Geräteherstellern. Der Apparat kann wahlweise mit elektronischen Vorrichtungen, Vorrichtungen zur Zwischenkontrolle und Nachweisvorrichtungen, einem KühlSystem, unterschiedlichen Ausführungen des Einspeisungsapparats und anderen wahlweisen Vorrichtungen ausgestattet sein.

Beim Agglomerieren von Schleifkorn mit Bindungsmaterialien, die bei niedrigeren Temperaturen aushärten (z.B. bei etwa 145 bis 500° C) kann eine alternative Ausführungsform dieses Drehofenapparates verwendet werden. Die alternative Ausführungsform, ein Drehtrockner, ist ausgerüstet, um erhitzte Luft an das Austragsende der Röhre zu liefern, um die Schleifkornmischung zu erhitzen, das Bindungsmaterial auszuhärten, es an das Korn zu binden und dadurch das Schleifkorn zu agglomerieren, während es aus dem Apparat aufgefangen wird. Wie hierin verwendet umfasst der Begriff „Drehkalzinierungsofen" solche Drehtrocknervorrichtungen.

In einer dritten Ausführungsform des hierin zur Herstellung von Agglomeraten verwendeten Verfahrens wird eine Mischung aus Schleifkorn, Bindungsmaterialien und einem anorganischen Bindersystem ohne Voragglomeration in einen Ofen eingespeist 24 und erhitzt. Die Mischung wird auf eine Temperatur erhitzt, die hoch genug ist, um das Bindungsmaterial zu veranlassen, zu schmelzen, fließen und sich an das Korn anzulagern, dann abgekühlt, um einen Verbund herzustellen. Der Verbund wird zerdrückt und gesiebt, um das gesinterte Agglomerat herzustellen.

In der vierten Ausführungsform werden die Agglomerate nicht gesintert, bevor das Schleifwerkzeug hergestellt wird, sondern die ungesinterten Agglomerate werden mit Bindungsmaterial gepresst, um einen Werkzeugkörper zu formen und der Körper wird gebrannt, um das Schleifwerkzeug zu formen. In einem bevorzugten Verfahren der Durchführung dieses Vorgangs werden keramische Bindungsmaterialien mit hoher Viskosität (wenn sie geschmolzen werden, um eine Flüssigkeit zu bilden) verwendet, um Korn im ungesinterten Stadium zu agglomerieren. Die ungesinterten Agglomerate werden ofengetrocknet und mit einer zweiten, keramischen Bindungszusammensetzung, vorzugsweise mit geringerer Viskosität, gemischt und in die Form eines ungesinterten Schleifwerkzeugs formgepresst. Dieses ungesinterte Werkzeug wird bei einer Temperatur gebrannt, die wirksam ist, um das keramische Bindungsmaterial mit hoher Viskosität zu verschmelzen, aber dessen Fluss zu verhindern. Die Brenntemperatur ist ausgewählt, um ausreichend hoch zu sein, um die Bindungsmaterialzusammensetzung zu einem Glas zu verschmelzen, dadurch das Korn zu agglomerieren und die BindungsZusammensetzung zu veranlassen, zu fließen, die Agglomerate zu binden und das Werkzeug zu bilden. Es ist nicht wichtig, Materialien mit unterschiedlicher Viskosität und Materialien mit unterschiedlichen Verschmelzung- oder Schmelztemperaturen auszuwählen, um diesen Vorgang durchzuführen. Es können andere Kombinationen von Bindungsmaterialien und Bindungsmaterialien, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, in dieser Technik zum Herstellen von Schleifwerkzeugen aus ungesinterten Agglomeraten verwendet werden. - 25 -

Die gebundenen Schleifwerkzeuge der Erfindung umfassen Schleifscheiben, segmentierte Scheiben, Platten, Wetzsteine, Schleifsteine und andere monolithische oder segmentierte, geformte SchleifZusammensetzungen. Die Schleifwerkzeuge der Erfindung umfassen etwa 5 to 75 Vol.-%, vorzugsweise 10 bis 60 Vol.-%, am meisten bevorzugt 20 bis 52 Vol.-% Schleifkornagglomerate.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen Schleifwerkzeuge mit keramischer Bindung etwa 3 bis 25 Vol.-%, mehr bevorzugt 4 bis 20 Vol.-% und am meisten bevorzugt 5 bis 19 Vol.-% Bindung. Zusammen mit den Schleifkornagglomeraten und der Bindung umfassen diese Werkzeuge etwa 35 bis 80 Vol.-% Porosität, wobei diese Porosität mindestens 30 Vol.-% an vernetzter Porosität umfasst, vorzugsweise 55 bis 80 Vol.-% Porosität, wobei diese Porosität mindestens 50 Vol.-% an miteinander vernetzter Porosität umfasst. Die Schleifwerkzeuge mit keramischer Bindung können 35 bis 52 Vol.-% gesinterte Agglomerate, 3 bis 13 Vol.-% keramische Bindung und 35 to 70 Vol.-% Porosität umfassen.

Die Menge an vernetzter Porosität wird bestimmt durch das Messen der Durchlässigkeit des Werkzeugs für Fluida entsprechend dem Verfahren aus U.S. Pat. Nr.-A-5,738,696. Wie hierin verwendet, gilt Q/P = die Durchlässigkeit eines Werkzeugs für Fluida, wobei Q die Durchflussrate, ausgedrückt als cc des Luftstroms, ist und P der Differentialdruck ist. Der Begriff Q/P gibt das Druckdifferenzial wieder, das zwischen der Struktur des Werkzeugs und der Atmosphäre bei einer gegebenen Durchflussrate eines Fluidums (z.B. Luft) gemessen wird. Diese relative Durchlässigkeit Q/P ist proportional zu dem Produkt des Porenvolumens und dem Quadrat der Porengröße. Größere Porengrößen sind bevorzugt. Porengeometrie und Schleifkorngröße sind weitere, den Q/P-Wert 26 beeinflussende Faktoren, wobei eine größere Korngröße eine höhere, relative Durchlässigkeit ergibt.

Die Schleifwerkzeuge der Erfindung sind charakterisiert von höheren Werten der Durchlässigkeit für Fluida als vergleichbare Werkzeuge aus dem Stand der Technik. Wie hierin verwendet, sind „vergleichbare Werkzeuge aus dem Stand der Technik" solche Werkzeuge, die mit denselben Schleifkorn- und Bindungsmaterialien mit denselben Volumenanteilen von

Porosität und Bindungsanteilen wie die der Erfindung hergestellt sind. Im Allgemeinen sind die Werte für die Durchlässigkeit für Fluida der Schleifwerkzeuge der Erfindung etwa 30 bis 100% höher als die Werte von vergleichbaren Werkzeugen aus dem Stand der Technik. Die Schleifwerkzeuge sind vorzugsweise gekennzeichnet von Werten für die Durchlässigkeit für Fluida, die mindestens 10 % höher, mehr bevorzugt mindestens 30 % höher als die von vergleichbaren Werkzeugen aus dem Stand der Technik sind.

Exakte Parameter der relativen Durchlässigkeit für Fluida für bestimmte Agglomeratgrößen und -formen, Bindungstypen und Porositätsstufen können vom Anwender unter Anwendung des Gesetzes nach D'Arcy auf empirische Daten für einen gegebenen Typ von Schleifwerkzeug bestimmt werden.

Die Porosität in der Schleifscheibe entsteht durch die offenen Abstände, die von der natürlichen Packdichte der Werkzeugbestandteile, insbesondere der Schleifagglomerate, und wahlweise durch Hinzufügen von herkömmlichen Poren auslösenden Medien entsteht. Geeignete Poren auslösende Medien umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, hohle Glaskügelchen, zermahlene Walnussschalen, Hohlkugeln oder Kügelchen aus Plastikmaterial oder organischen Verbindungen, geschäumte Glaspartikel, Blasen-Mullit und Blasen-Aluminiumoxid und Kombinationen davon. Die Werkzeuge können mit Auslösern offenzeiliger Porosität hergestellt sein, wie beispielsweise Kügelchen aus Naphthalen oder andere organische Granula, die 27 während des Brennens des Werkzeugs ausgebrannt werden, um leere Abstände innerhalb der Werkzeugmatrix zu hinterlassen, oder sie können mit Medien hergestellt sein, die geschlossenzellige, hohle Poren auslösen (z.B. hohle Glaskugeln). Bevorzugte Schleifwerkzeuge der Erfindung enthalten entweder keine zugefügten, Poren auslösenden Medien oder enthalten eine geringfügige Menge von zugefügten, Poren auslösenden Medien, um ein Werkzeug mit einem Porositätsgehalt zu ergeben, von dem mindestens 30 Vol.-% aus vernetzter Porosität besteht.

Die gebundenen Schleifwerkzeuge der Erfindung haben eine poröse Struktur. In dieser Struktur ist der mittlere Durchmesser der gesinterten Agglomerate nicht größer als eine mittlere Abmessung der miteinander vernetzten Porosität, wenn die vernetzte Porosität an einem Punkt einer maximalen Öffnung gemessen wird.

Die fertigen Werkzeuge enthalten wahlweise zugefügte, sekundäre Schleifkörner, Füllmittel, Schleifhilfen und Poren auslösende Medien und Kombinationen dieser Materialien. Der gesamte Anteil an Schleifkörn in den Werkzeugen in Vol.-% (agglomeriertes und nicht agglomeriertes Korn) kann im Bereich von etwa 34 bis etwa 56 Vol.-%, mehr bevorzugt von etwa 36 bis etwa 54 Vol.-% und am meisten bevorzugt von etwa 36 bis etwa 46 Vol.-% des Werkzeugs liegen. Die gebundenen Schleifwerkzeuge haben vorzugsweise eine Dichte von unter 2,2 g/cc.

Wenn ein Schleifkorn in Kombination mit den Schleifagglomeraten verwendet wird, liefern die Agglomerate vorzugsweise etwa 5 bis etwa 100 Vol.-% des gesamten Schleifkorns des Werkzeugs und mehr bevorzugt von etwa 30 bis etwa 70 Vol.-% des gesamten Schleifmittels in dem Werkzeug. Wenn solche sekundären Schleifkörner verwendet werden, liefern diese Schleif körner vorzugsweise von etwa 0,1 bis etwa 95 Vol.-% des gesamten Schleifkorns des Werkzeugs und mehr - 28 bevorzugt von etwa 30 bis etwa 70 Vol.-%. Geeignete sekundäre Schleifkörner umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, verschiedene Aluminiumoxide, Sol-Gel-Aluminiumoxid,

Sinterbauxit, Siliciumkarbid, Aluminiumoxid-Zirkonoxid,

Alumina-Oxynitrid, Ceriterde, Borsuboxid, kubisches

Bornitrid, Diamant, Flint und Granatkörner und Kombinationen davon.

Die Schleifwerkzeuge der vorliegenden Erfindung sind mit einer keramischen Bindung gebunden. Alle der aus dem Stand der Technik zur Herstellung von Schleifwerkzeugen bekannten, verschiedenen Bindungen können zum diesbezüglichen Gebrauch verwendet werden. Beispiele geeigneter Bindungen können in U.S. Pat. Nr. 4,543,107; 4,898,597; 5,203,886; 5,401,284; 5,536,283; 5, 095, 665; 5,863,308; and 5, 094,672 gefunden werden, welche hierin durch Bezugnahme enthalten sind.

Nach dem Brennen umfassen diese keramischen

Bindungszusammensetzungen vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich, eine Kombination folgender Oxide: Si02, A1203, Na20, Li20 und B203. Andere Oxide wie beispielsweise K20, ZnO, Zr02 und Erdalkalioxide wie beispielsweise CaO, MgO und BaO können vorhanden sein. Kobaltoxid (CoO) und andere Farbquellen können enthalten sein, wenn Bindungsfarbe erwünscht ist. Andere Oxide wie beispielsweise Fe203, Ti02 und P2O5, und andere Verbindungen, die als Verunreinigungen in den

Rohmaterialien enthalten sind, können in der Bindung enthalten sein. Außer rohen (oder nicht gebrannten) Bindungsmaterialien oder anstelle Bindungsrohmaterialien können Fritten verwendet werden. Die Rohmaterialien für die Bindung können Ton, Kaolin, Aluminiumoxid, Lithiumcarbonat, Boraxpentahydrat oder Borsäure, Soda-Asche, Flint und Wollanstonit enthalten und die anderen Bindungsmaterialien, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Die keramische Bindung kann ein glasförmiges Material oder ein keramisches Material mit oder ohne amorphe Bereiche sein. 29

Vorzugsweise werden organische Binder zu pulverisierten Bindungsbestandteilen, gefrittet oder roh, als Press- oder Verarbeitungshilfen zugegeben. Diese Binder können Dextrine, Stärke, tierischen Eiweißkleber und andere Arten von Kleber, einen flüssigen Bestandteil wie beispielsweise Wasser, Viskositäts- oder pH-Modifikatoren und Mischhilfen enthalten. Die Verwendung von Bindemittel verbessert die Einheitlichkeit der Scheibe und die strukturelle Qualität der vorgebrannten bzw. ungesinterten, gepressten Scheibe und der gebrannten Scheibe. Da die Binder während des Brennens ausgebrannt werden, werden sie kein Teil der fertigen Bindung oder des Schleifwerkzeugs.

Der Mischung kann ein anorganisches Adhäsionsfördermittel zugegeben werden, um gegebenenfalls während der Misch- und Pressformvorgänge die Adhäsion von Glasbindungen an die Schleifkornaggregate zu verbessern. Das anorganische Adhäsionsfördermittel kann mit oder ohne organischen Binder bei der Herstellung der Agglomerate verwendet werden.

Bei einigen der Agglomerate kann das Schleifwerkzeug ohne zugegebenes Bindungsmaterial hergestellt sein, vorausgesetzt, in dem Werkzeug ist ausreichend Bindermaterial vorhanden, um entsprechende mechanische Festigkeitseigenschaften in dem Schleifwerkzeug während der Herstellung des Werkzeugs und Verwendung des Werkzeugs bei SchleifVorgängen zu ergeben. Beispielsweise kann ein Schleifwerkzeug aus mindestens 70 Vol.-% Agglomeraten konstruiert sein, wobei es einen Bindungsmaterialgehalt von mindestens 5 Vol.-% des Agglomerats besitzt.

Dichte und Härte der Schleifwerkzeuge werden bestimmt durch die Auswahl der Agglomerate, der Art der Bindung und anderer Werkzeugbestandteile, des Porositätsgehalts, und der Größe und Art der Pressform und des ausgewählten Pressvorgangs.

Schleifscheiben können durch jedes aus dem Stand der Technik 30 bekannte Mittel geformt und gepresst werden, einschließlich Heiß-, Warm- und Kaltpresstechniken. Bei der Auswahl eines Pressdrucks zum Formen der ungesinterten Scheiben ist Sorgfalt angezeigt, um zu vermeiden, dass eine übermäßige Menge der Schleifkornaggregate zerdrückt wird, (z. B. mehr als 50 Gew.-% der Agglomerate) und um die dreidimensionale Struktur der Agglomerate zu erhalten. Der entsprechende, maximale angewandte Druck zur Herstellung der Scheiben der Erfindung richtet sich nach Form, Größe, Dicke und Bindungsbestandteil der Schleifscheibe und nach der Presstemperatur. Bei den üblichen Herstellungsvorgängen kann der Maximaldruck im Bereich von etwa 3.100 bis 20.000 Pfund/Quadratzoll (218 bis 1,406 kg/cm2) liegen. Formen und Pressen werden vorzugsweise bei etwa 775 bis 1.550 kg/cm2 durchgeführt, mehr bevorzugt bei 465 bis 1,085 kg/cm2. Die Agglomerate der Erfindung haben ausreichende mechanische Festigkeit, um den bei den typischen, kommerziellen Fertigungsvorgängen bei der Herstellung von Schleifwerkzeugen durchgeführten Form- und Pressschritten zu widerstehen.

Die Schleifscheiben können mit einem Fachmann bekannten Verfahren gebrannt werden. Die Brennbedingungen werden in der Hauptsache durch die aktuell verwendete Bindung und Schleifmittel und von der Art des in dem Schleifkornagglomerat vorhandenen Bindungsmaterials bestimmt. Je nach der chemischen Zusammensetzung der ausgewählten Bindung kann eine keramische Bindung bei 600 bis 1250° C, vorzugsweise bei 850 bis 1200° C gebrannt werden, um die zum Schleifen von Metallen, Keramiken oder anderen Materialien erforderlichen, mechanischen Eigenschaften zu liefern. Der keramisch gebundene Körper kann des Weiteren nach dem Brennen auf herkömmliche Weise mit einem Schleifhilfsmittel wie beispielsweise Schwefel oder mit einem Vehikel wie beispielsweise Epoxydharz imprägniert werden, um ein Schleifhilfsmittel in die Poren der Scheibe hinein zu bringen. 31

Die Auswahl einer geeigneten, keramischen Bindung richtet sich danach, welcher Agglomerationsvorgang verwendet wird, und ob ein Schmelz- oder Verschmelzungstemperatur- oder ein Viskositätsdifferenzial zwischen der Bindung und dem Bindungsmaterial des Agglomerats aufrechterhalten werden muss.

Bei der Herstellung einer keramisch gebundenen Schleifscheibe oder eines anderen Schleifwerkzeugs aus den Schleifagglomeraten kann eine von mehreren, allgemeinen Techniken verwendet werden. Bei einer Ersten wird ein keramisches Bindungsmaterial mit einer relativ höheren Brenntemperatur (z.B. eines, das bei über etwa 1.000° C verschmilzt) aufgetragen, um das Korn zu agglomerieren. Dann wird eine zweite, pulverisierte, keramische Bindungszusammensetzung mit niedrigerer Brenntemperatur (z.B. eine, die bei etwa 650 bis 975° C verschmilzt) mit den Kornagglomeraten gemischt und die Form eines Schleifwerkzeugs gepresst. Das Werkzeug im ungesinterten Zustand wird bei der geringeren Schmelztemperatur auf das zweite Bindungsmaterial gebrannt, um ein fertiges Schleifwerkzeug zu schaffen. In einer bevorzugten Ausführungsform hat die keramische Bindung eine Bindungsbrenntemperatur von mindestens 150° C unter der Schmelz- oder Verschmelzungstemperatur des Bindungsmaterials.

Bei der zweiten Technik werden Viskositätsdifferenziale zwischen den geschmolzenen oder verschmolzenen Glasarten in ihrem flüssigen Zustand genutzt, um zum Herstellen der Agglomerate und zum Brennen der Schleifscheibe dieselbe Brenntemperatur zu verwenden. In einem ersten Brennschritt wird ein keramisches Bindungsmaterial mit hoher Viskosität verwendet, um Korn zu agglomerieren. Dann werden die gebrannten Agglomerate mit einer zweiten keramischen BindungsZusammensetzung mit geringerer Viskosität gemischt und in die Form eines ungesinterten Schleifwerkzeugs 32 gepresst. Das gepresste Werkzeug kann bei einer Temperatur gebrannt werden, die der bei dem ersten Brennschritt zur Herstellung der Agglomerate verwendeten Temperatur entspricht, da das Bindungsmaterial sich in einem heißen, flüssigen Zustand nicht zu stark verdünnt und vom Korn abfließt. Die ursprüngliche, dreidimensionale Konfiguration des Agglomerats kann so erhalten werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Technik ist die Viskosität der keramischen Bindung bei der Schmelztemperatur des Bindungsmaterials mindestens 33% geringer als die Viskosität des Bindungsmaterials bei seiner Schmelztemperatur. Wenn daher die Viskosität des Bindungsmaterials bei 1180° C etwa 345 bis 55.300 Poise beträgt, ist das bevorzugte, keramische Bindungsmaterial bei 1180° C von einer Viskosität von etwa 30 bis 37.000 Poise gekennzeichnet.

Bei einer dritten Technik wird ein Bindungsmaterial mit einer mittleren Brenntemperatur (z.B. etwa 850-975° C) verwendet, um Korn zu agglomerieren, aber die Agglomeration findet bei einer Temperatur statt, die höher ist als die Verschmelzungs- oder Schmelztemperatur des Bindungsmaterials (z.B. 1000-1200° C) . Die Agglomerate werden mit demselben Bindungsmaterial gemischt, das verwendet wird, wenn die keramische Bindungszusammensetzung und die Mischung in die Form eines ungesinterten Schleifwerkzeugs gepresst werden. Das ungesinterte Werkzeug wird bei einer Temperatur (z.B. etwa 850-975° C) gebrannt, die niedriger ist als die Temperatur, die zum Schmelzen des Bindungsmaterials verwendet wird, um das Korn zu agglomerieren. Die niedrigere Temperatur ist wirksam, um die Agglomerate zusammen zu binden. Dieser Vorgang erhält die dreidimensionale Struktur der Agglomerate, da die erste Schicht des Bindungsmaterials bei der Brenntemperatur des Schleifwerkzeugs nicht fließt. 33

Bei einer vierten Technik wird dieselbe Zusammensetzung als Bindungsmaterial und Bindung für die Scheibe verwendet, und die Agglomeration und das Brennen der Scheibe werden bei derselben Temperatur durchgeführt. Es besteht die Theorie, dass die Eigenschaften des Bindungsmaterials aufgrund der Verschmelzung des Bindungsmaterials, um ein sich während der Agglomeration an das Schleifkorn anlagerndes Glas zu bilden, verändert wurden. Deshalb fließt das verschmolzene Bindungsmaterial in den gesinterten Agglomeraten bei einer höheren Temperatur als das nicht verschmolzene Bindungsmaterial, und die Agglomerate behalten ihre Form, wenn die Scheibe gebrannt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die für das Bindungsmaterial und die Bindung verwendete Zusammensetzung dieselben Rohmaterialien und besteht nicht aus einer gefritteten GlasZusammensetzung.

Bei einer fünften Technik zum Herstellen keramisch gebundener Schleifwerkzeuge wird das Werkzeug ohne zugegebenes Bindungsmaterial hergestellt. Die Agglomerate werden in eine Werkzeugform gepackt, gepresst und bei einer Temperatur im Bereich von etwa 500 bis 1400° C gebrannt, um das Werkzeug zu formen. Die Bindungsmaterialien, die zur Herstellung der Agglomerate verwendet werden, umfassen eine keramische Bindungszusammensetzung, und das Bindungsmaterial ist in einer ausreichenden Menge in den Agglomeraten vorhanden (z.B. etwa 5 bis 15 Vol.-% des Agglomerats), um die Agglomerate in dem fertigen, keramisch gebundenen Schleifwerkzeug zusammen zu binden.

Die Agglomerate können mit allen bekannten Arten von Bindungen gebunden sein, wie beispielsweise organische Bindungen oder Harzbindungen und Metallbindungen, die aus dem Stand der Technik der Herstellung gebundener Schleifwerkzeuge bekannt sind. Der Volumenprozentanteilbereich für Agglomerate, die zur Verwendung in keramisch gebundenen Schleifwerkzeugen geeignet sind, ist auch für metallgebundene und organisch 34 gebundene Werkzeuge zufrieden stellend. Die metallgebundenen und organisch gebundenen Werkzeuge umfassen in der Regel höhere Volumenprozentanteile an Bindung und geringere Volumenprozentanteile an Porosität als keramisch gebundene Werkzeuge, und der Schleifkorngehalt kann höher sein. Die organisch gebundenen und metallgebundenen Werkzeuge können gemäß verschiedenen Verarbeitungsverfahren und mit verschiedenen Anteilen von Schleifkorn oder Agglomerat, Bindungs- und Porositätsbestandteilen, wie aus dem Stand der Technik bekannt, gemischt, formgepresst und gehärtet oder gesintert werden. Die Agglomerate der Erfindung können in einschichtig metallgebundenen Werkzeugen sowie in mehrschichtigen, dreidimensionalen Strukturen, monolithischen Werkzeugen und Schleifwerkzeugen mit segmentierter Matrix, wie aus dem Stand der Technik bekannt, verwendet werden.

Die Schleifwerkzeuge der Erfindung umfassen Schleifscheiben, -platten, Wetzsteine und Schleifsteine und -Stäbe und sie sind besonders wirksam bei Schleifanwendungen mit einem großen Bereich von Oberflächenkontakt zwischen dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück. Solche Anwendungen oder Schleifvorgänge umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Kriechgangschleifen und andere Präzisionsflachschliffverfahren, Schleifvorgänge von porösen Gegenständen im Werkzeugbau, Schleifvorgänge von Innendurchmessern und feiner Flachschliff von Keramiken und anderen brüchigen Werkstücken.

Feinschliff- oder Poliervorgänge unter Verwendung von Schleifkorn in Mikron- oder Submikrongröße profitieren von der Verwendung von Werkzeugen, die mit den Agglomeraten der Erfindung hergestellt sind. Die Werkzeuge der Erfindung, die mit Schleifkornagglomeraten einer solch feinen Korngröße hergestellt sind, erodieren relativ zu herkömmlichen Superfinishing- oder Polierwerkzeugen und -Systemen mit geringeren Schleifkräften mit wenig bzw. ohne 35

Oberflächenbeschädigung des Werkstücks während der Präzisionsschleifvorgänge (z.B. um Spiegelbeschichtungen auf Glas- oder Keramikbestandteilen zu ergeben). Die Lebensdauer der Werkzeuge bleibt aufgrund der agglomerierten Strukturen zufrieden stellend, vor allem bei einschichtigen Werkzeugen, aber auch bei Werkzeugen mit dreidimensionaler Matrix und

Schlämmwerkzeugen.

Beim Präzisionsschleifen von Formprofilen trägt die

Brüchigkeit der Agglomerate zu der geringeren Anzahl von Schleifzyklen bei. Aufgrund der vernetzten Porosität der Werkzeuge sind die Zuführung von Kühlmittel und die Entfernung von Abfall verstärkt, was kühlere Schleifvorgänge, weniger thermische Beschädigung des

Werkstücks und geringere Abnutzung der Schleifmaschine ergibt. Da Schleifkörner in agglomerierter Form mit kleinerer Korngröße die Schleifwirkung einer größeren

Korngröße vermitteln, aber eine glattere

Oberflächenbeschaffenheit hinterlassen, verbessert sich die Qualität des geschliffenen Werkteils oft wesentlich.

Die folgenden Beispiele sind als Veranschaulichung der Erfindung und nicht als Einschränkung vorgesehen.

Beispiel 1

Eine Reihe von agglomerierten Schleifkornproben wurden in einem Drehkalzinierungsapparat (elektrisch befeuertes Modell # HOU-5D34-RT-28, 1.200° C Höchsttemperatur, Eingabe 30 KW, ausgestattet mit einer 72 Zoll (183 cm) langen Röhre aus feuerfestem Metall mit einem Innendurchmesser von 5,5 Zoll (14 cm), hergestellt von Harper International, Buffalo, New York, USA) hergestellt. Die Röhre aus feuerfestem Metall wurde durch eine Siliciumkarbidröhre mit den gleichen Abmessungen ersetzt und der Apparat wurde modifiziert, um bei einer Höchsttemperatur von 1.550° C zu arbeiten. Der Agglomerationsvorgang wurde unter atmosphärischen 36

Bedingungen durchgeführt, mit einem Sollwert der Temperaturkontrolle in der Heißzone von 1.180° C, einer Umdrehungsrate der Apparatröhre von 9 Umdrehungen pro Minute, einem Neigungswinkel der Röhre von 2,5 bis 3 Grad und einer Materialeinspeisungsrate von 6-10 kg/Stunde. Der verwendete Apparat war im Wesentlichen identisch zu dem in Figur 1 veranschaulichten Apparat. Der Ertrag verwendbarer, frei fließender Granula (definiert als Siebgröße -12 Mesh to Pan) war 60 bis 90 % des Gesamtgewichtes des Rohmaterials vor der Kalzinierung.

Die Agglomeratproben wurden aus einer einfachen Mischung von Schieifkorn, Bindungsmaterial und Wassermischungen, beschrieben in Tabelle 1-1, hergestellt. Die zur Herstellung der Proben verwendeten, keramisch gebundenen Bindungsmaterialzusammensetzungen sind in Tabelle 2 aufgeführt. Aus drei Arten von Schleifkörnern wurden Proben hergestellt: Elektrokorund 38A, Elektrokorund 32A und gesintertem Sol-Gel-Alpha-Aluminiumoxid Norton SG-Korn, bezogen von Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcester, ΜΆ, USA, in den in Tabelle 1 aufgeführten Korngrößen.

Nach der Agglomeration im Drehkalzinierungsapparat wurden die agglomerierten Schleifkornproben gesiebt und hinsichtlich ihrer losen Packdichte (LPD), Größenverteilung und Agglomeratstärke getestet. Diese Ergebnisse sind gezeigt in Tabelle 1. 37

Tabelle 1-1 Kennzeichen agglomerierter Granula

Probe n-Nr. Korn Flüss igkei t Bindu ngsma teria 1 Gewi cht Pfun d (kg) der Mise hung Bind ungs mate rial Gew. o o (auf Korn basi s) Vol. -% des Bindu ngsma teria lsa LPD g/c c 12/ Pan Mittle re Größen ver-teilun g in Mikron Mittle re Größen ver- teilun g in Meshgr öße Mitt lere , proz entu ale, rela tive Dich te Druck bei 50% zerdr ückte m Antei 1 MPa 1 60er Korng röße 38A Wasse r A Bindu ngsma teria 1 30,0 0 (13, 6) 0,60 (0,3 ) 0,64 (0,3 ) 2,0 3,18 1,4 6 334 40/+50 41,0 0,6+0 ,1 2 6,0 8,94 1,2 318 - 37,0 0,5+0 90er 30,0 1 45/+50 ,1 Korng 0 röße (13, 38A 6) Wasse r 0,90 E (0,4 Bindu ) ngsma teria 1,99 38 1 (0,9 ) 3 120er Korng röße 38A Wasse r C Bindu ngsma teria 1 30,0 0 (13, 6) 1,20 (0,5 ) 3,41 (1,5 ) O o \—1 13,92 0,8 3 782 20/+25 22,3 2, 6+0 ,2 4 120er Korng röße 32A Wasse r A Bindu ngsma teria 1 30,0 0 (13, 6) 0, 90 (0,4 ) 1, 91 (0,9 ) 6,0 8,94 1,1 3 259 50/+60 31,3 0,3+0 ,1 5 60er Korng röße 32A Wasse r E Bindu 30,0 0 (13, 6) 1,20 (0,5 ) o o 14,04 1,3 3 603 25/+30 37,0 3,7+0 ,2 39 ngsma teria 1 3,31 (1,5 ) 6 90er Korng röße 32A Wasse r C Bindu ngsma teria 1 30,0 0 (13, 6) 0,60 (0,3 ) 0,68 (0,3 ) 2,0 3,13 1,0 3 423 40/+45 28,4 0,7+0 ,1 7 90er Korng röße SG Wasse r Ä Bindu ngsma teria 1 30,0 0 (13, 6) 1,20 (0,5 ) 3,18 (1,4 ) 10,0 14,05 1,2 0 355 45/+50 36,7 0,5+0 ,1 8 120er Korng röße SG Wasse r 30,0 0 (13, 6) 0, 60 2,0 3,15 1,3 8 120 120/+1 40 39,1 40 E Bindu ngsma teria 1 (0,3 ) 0,66 (0,3 ) 9 60er Korng röße SG Wasse r C Bindu ngsma teria 1 30,0 0 (13, 6) 0,90 (0,4 ) 2,05 (0,9 ) 6,0 8,87 1,0 3 973 187+20 27,6 a' Die Angaben zu Vol.-% Bindungsmaterial geben einen Prozentanteil des Festmaterials innerhalb des Granulums (d.h. Bindungsmaterial und Korn) nach dem Brennen an und berücksichtigen nicht die Vol.-% an Porosität.

Die Vol.-% des Bindungsmaterials der gebrannten Agglomerate wurden anhand des mittleren Ausbrands (Löss of Ignition, LOI) des Rohmaterials des Bindungsmaterials berechnet.

Die gesinterten Agglomerate wurden mit US-Standardtestsieben, die auf einem Vibrationssiebapparat (Ro-Tap; Modell RX-29; W.S. Tyler Inc. Mentor, OH, USA) angebracht waren, nach Größe gesiebt. Die Meshgrößen des Siebs lagen, entsprechend den unterschiedlichen Proben, im Bereich von 18 bis 140. Die lose Packdichte der gesinterten Agglomerate (LPD) wurde nach dem American-National-Standard-Verfahren zur Ermittlung der Raumdichte von Schleifkörnern gemessen. 41

Die anfängliche, mittlere, relative Dichte, ausgedrückt in Prozentanteilen, wurde berechnet, indem die LPD (_) durch eine theoretische Dichte der Agglomerate (_0) unter Annahme von null Porosität dividiert wurde. Die theoretische Dichte wurde entsprechend der volumetrischen Mischungsregel aus dem prozentualen Gewichtsanteil und der spezifischen Dichte des in den Agglomeraten vorhandenen Bindungsmaterials und des Schleifkorns berechnet.

Die Stärke der Agglomerate wurde in einem Verdichtungstest gemessen. Die Verdichtungstests wurden unter Verwendung eines geschmierten Stahigesenks mit einem Durchmesser von einem Zoll (2,54 cm) auf einer Instron®-Universalprüfmaschine (Modell MTS 1125, 20.000 Pfund (Pfund) (9072 kg)) mit einer Agglomeratprobe von 5 Gramm durchgeführt. Die Agglomeratprobe wurde in den Stempel gegossen und durch Klopfen auf die Außenseite des Gesenks leicht geebnet. Es wurde von oben ein Stempel eingesetzt und ein Kreuzkopf abgesenkt, bis auf dem Aufzeichnungsgerät eine Kraft ("Ausgangsposition") beobachtet wurde. Auf die Probe wurde Druck mit einer konstanten Steigerungsrate (2 mm/Min.) bis maximal 180 mPa Druck ausgeübt. Das Volumen der Agglomeratprobe (die verdichtete LPD der Probe), beobachtet als eine Verdrängung des Kreuzkopfs (die einwirkende Kraft), wurde aufgezeichnet als die relative Dichte als eine Funktion des Logarithmus des angewandten Drucks. Das verbliebene Material wurde dann gesiebt, um den Prozentanteil des zerdrückten Anteils zu bestimmen. Es wurden unterschiedliche Drücke gemessen, um den Zusammenhang zwischen dem Logarithmus des angewandten Drucks und dem prozentualen, zerdrückten Anteil als Kurve auszudrücken. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 als Logarithmus des Drucks an dem Punkt gezeigt, an dem der zerdrückte Anteil 50 Gew.-% der Agglomeratprobe entspricht. Der zerdrückte Anteil ist das Verhältnis des Gewichts der zerdrückten Partikel, die das kleinere Sieb passieren, zum Anfangsgewicht der Probe. 42

Die Kennzeichen hinsichtlich LPD, Größenverteilung und Pressfestigkeit und Erhaltung der Granulagröße dieser Agglomerate sind geeignet zur Verwendung bei der kommerziellen Herstellung von Schleifscheiben. Die fertigen, gesinterten Agglomerate haben dreidimensionale Formen, die unter dreieckigen, runden, kubischen, rechteckigen und anderen geometrischen Formen variieren. Agglomerate bestanden aus einer Vielzahl einzelner Schleifkörner (z.B. 2 bis 20 Körner), die an Korn-zu-Korn-Berührungspunkten durch Glasbindungsmaterial zusammengebunden wurden.

Die Agglomeratgranulagröße erhöhte sich mit einer Steigerung der Menge an Bindungsmaterial in den Agglomeratgranula über den Bereich von 3 bis 20 Gew.-% des Bindungsmaterials. Für alle Proben 1-9 wurde eine angemessene Verdichtungsfestigkeit beobachtet, wodurch angezeigt wird, dass das Glasbindungsmaterial gereift und geflossen war, um eine wirksame Bindung unter den Schleifkörnern innerhalb der Agglomerate zu erzeugen. Agglomerate, die mit 10 Gew.-% Bindungsmaterial hergestellt waren, hatten eine wesentlich höhere Verdichtungsfestigkeit als die, die aus 2 bis 6 Gew.-% Bindungsmaterial hergestellt waren.

Niedrigere LPD-Werte waren ein Anzeichen eines höheren Agglomerationsgrades. Die LPD der Agglomerate nahm mit einem Anstieg der Gew.-% an Bindungsmaterial und mit einer Abnahme der Schleifkorngröße ab. Relativ große Unterschiede zwischen 2 und 6 Gew.-% Bindungsmaterial im Vergleich zu relativ kleinen Unterschieden zwischen 6 und 10 Gew.-% Bindungsmaterial zeigen an, dass ein prozentualer Gewichtsanteil von Bindungsmaterial von unter 2 Gew.-% zur Bildung von Agglomeraten nicht ausreichend sein dürfte. Bei höheren prozentualen Gewichtsanteilen über etwa 6 Gew.-% könnte die Zugabe von mehr Bindungsmaterial für die Herstellung von wesentlich größeren oder stärkeren 43

Agglomeraten nicht günstig sein.

Wie angedeutet durch die Ergebnisse in Bezug auf die Agglomeratgranulagröße, hatten die Proben mit Bindungsmaterial C, welche die geringste Schmelzglasviskosität bei der Agglomerationstemperatur hatten, die niedrigste LPD von den drei Bindungsmaterialien. Der Schleifmitteltyp hatte keinen wesentlichen Effekt auf die LPD. 44

Tabelle 2 In den Acralomeraten verwendetes Bindunasmaterial

Gebrannte Zusammenset zungselemen teb A Bindungsm aterial Gew.—% (A-l Bindungsm aterial)a B Bindun gsmate rial Gew.-% C Bindun gsmate rial Gew.— % D Bindun gsmate rial Gew.—% E Bindun gsmate rial Gew.—% F Bindu ngsma teria 1 Gew. - Q. t) Glas bildende Stoffe (Si02 + b2o3) 69 (72) 69 71 73 64 68 ai2o3 15 (11) 10 14 10 18 16 Erdalkali RO (CaO, MgO) 5-6 (7-8) <0,5 <0,5 1-2 6-7 5-6 Alkali R20 (Na20, K20, Li20) 9-10 (10) 20 13 15 11 10 Spezifische Dichte g/cc 2,40 2,38 2,42 2,45 2,40 2,40 Geschätzte Viskosität (Poise) bei 1180° C 25.590 30 345 850 55.300 7.800 a. Die in Klammern auf geführte Variation A-l des Bindungsmaterials wurde für die Proben von Beispiel 2 verwendet. b. Unreinheiten (z.B. Fe203 und Ti02) sind vorhanden in etwa 0,1-2%.

Beispiel 2 45

Weitere Proben von Agglomeraten wurden unter Verwendung verschiedener anderer Verfahrensausführungen und Rohmaterialien hergestellt.

Eine Reihe von Agglomeraten (Proben Nr. 10-13) wurde bei unterschiedlichen Sintertemperaturen von 1100 bis 1250° C unter Verwendung eines Drehkalzinierungsapparates (Modell HOU-6D60-RTA-28, ausgestattet mit einer Mullitröhre einer Länge von 120 Zoll (305 cm), einem Innendurchmesser von 5,75 Zoll (15,6 cm), einer Dicke von 3/8 Zoll (0,95 cm) und erhitzt über eine Länge von 60 Zoll (152 cm) mit drei Temperaturkontrollzonen hergestellt. Der Apparat wurde hergestellt von Harper International, Buffalo, New York). Eine Brabender-Einspeisungseinheit mit einer einstellbar kontrollierbaren, volumetrischen Einspeisungsrate wurde verwendet, um die Schleifkörn- und Bindungsmaterialmischung in die Heizrohre des Drekalzinierungsapparates zu dosieren. Der Agglomerationsvorgang wurde unter atmosphärischen Bedingungen mit einer Rotationsrate der Apparatröhre von 4 Umdrehungen pro Minute, einem Neigungswinkel der Röhre von 2,5 Grad und einer Einspeisungsrate von 8 kg/Stunde durchgeführt. Der verwendete Apparat war im Wesentlichen identisch zu dem in Figur 1 veranschaulichten Apparat. Die Temperaturauswahl und andere zur Herstellung dieser Agglomerate verwendeten Variablen sind in Tabelle 2 ausgeführt.

Alle Proben enthielten eine Mischung von 89,86 Gew.-% Schleifkörn (60er Korngröße 38A Aluminiumoxidkorn, bezogen von Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc.), 10,16 % Bindemittelmischung (6,3 % Gew.-% AR30 flüssiges Proteinbindemittel, 1,0 % Carbowax® 3350 PEG und 2,86 % Bindungsmaterial A) . Diese Mischung ergab 4,77 Vol.-% Bindungsmaterial und 95,23 Vol.-% Korn in dem gesinterten Agglomeratgranulum. Die berechnete, theoretische Dichte der Agglomeratgranula (unter der Annahme, dass keine Porosität vorhanden ist), war 3,852 g/cc. 46

Bevor die Mischung in die Einspeisungseinheit gegeben wurde, wurden durch simulierte Strangpressung Agglomerate im ungesinterten Stadium hergestellt. Um stranggepresste Agglomerate herzustellen, wurde der flüssige Eiweißbinder erhitzt, um das Carbowax® 3350 PEG aufzulösen. Dann wurde das Bindungsmaterial langsam unter Rühren der Mischung zugegeben. Zu einer Mischvorrichtung mit starker Scherung (Durchmesser 44 Zoll (112 cm) wurden Schleifkörner gegeben und die hergestellte Bindungsmaterial-Bindermischung wurde langsam zu dem Korn in der Mischvorrichtung gegeben. Die Kombination wurde 3 Minuten lang gemischt. Die gemischte Kombination wurde durch ein Kastensieb mit 12 Mesh (US-amerikanische Standardsiebgröße) auf Wannen in eine Schicht mit einer maximalen Tiefe von einem Zoll (2,5 cm) nassgesiebt, um nasse, ungebrannte, stranggepresste Agglomerate zu bilden. Die Schicht von stranggepressten Agglomeraten wurde bei 90° C 24 Stunden lang ofengetrocknet. Nach dem Trocknen wurden die Agglomerate erneut mit einem Kastensieb mit 12 bis 16 Mesh (US-amerikanische Standardsiebgröße) gesiebt. Während der Drehkalzinierung wurde beobachtet, dass die im ungebrannten Zustand hergestellten Agglomerate beim Erhitzen auseinanderzubrechen schienen und sich dann erneut bildeten, wenn sie aus dem Austragsende des erhitzten Abschnitts der Drehkalzinierungsröhre herausrollten. Die relativ zu der Größe der agglomerierten Granula nach dem Brennen größere Größe der im ungebrannten Zustand hergestellten, agglomerierten Granula war bei optischer Inspektion der Proben leicht zu erkennen.

Nach dem Brennen wurde beobachtet, dass die agglomerierten Partikelgrößen für kommerzielle Zwecke ausreichend einheitlich waren und eine Größenverteilung über einen Bereich von etwa 500 bis 1200 Mikron hatten. Die Größenverteilungsmessungen sind in Tabelle 2-2 unten 47 ausgeführt. Ertrag, Größe, Quetschfestigkeit und LPD waren für die kommerzielle Verwendung bei der Herstellung von Schleifscheiben annehmbar.

Tabelle 2-1

Proben - Nr. Sinte r- Temp.a ° C o o Ertra g -12 Mesh Mitt lere Groß e μτη LPD g/cc -12 Mesh Druck bei 50 % zerdr ückte m Antei 1 MPa 0. "0 Ertr ag 16/+ 35 Mesh Mitt lere Groß e der Aggl omer ate μτη LPD g/cc 16/+ 35 Mesh (10) 1100 n/ab n/a n/a n/a n/a 536 n/a (11) 1150 97,10 650 1,20 13±1 76,2 0 632 0,95 (12) 1200 96,20 750 1,20 9+1 87,0 0 682 1,04 (13) 1250 96,60 675 1,25 8 + 1 85,2 0 641 1,04 a. Sollwerttemperatur der Steuereinheit des Drehkalzinierers (für alle 3 Zonen). b. "n/a" bedeutet, dass keine Messung vorgenommen wurde.

Tabelle 2-2: Partikelgrößenverteilung für gebrannte

Agglomerate _

Sieb Nr. ASTM-E Sieb Nr. ISO 565 pm Gew.-% auf dem Sieb Proben-Nr. 10 11 12 13 -35 -500 41,05 17,49 11,57 14,31 35 500 22,69 17,86 14,56 17,69 48 30 600 18,30 24,34 21,27 26,01 25 725 12,57 CO Ul i—L CM 24,89 23, 06 20 850 3,43 13,25 16,17 12,43 18 1000 1,80 4,58 10,09 5,97 16 1180 0,16 0,95 1,44 0,54

Beispiel 3

Es wurden Agglomerate (Proben Nr. 14-23) wie in Beispiel 2 beschrieben hergestellt, außer, dass die Temperatur bei 1000° C konstant gehalten und ein Drehkalzinierungsapparat, Modell KOU-8D48-RTA-20, ausgestattet mit einer Quarzglasröhre mit einer Länge von 108 Zoll (274 cm), einem Innendurchmesser von 8 Zoll (20 cm) und erhitzt über eine Länge von 48 Zoll (122 cm) mit drei Temperaturkontrollzonen, verwendet wurde. Der Apparat wurde von Harper International, Buffalo, New York, USA, hergestellt. Es wurden verschiedene Verfahren zur Herstellung der vorgebrannten Mischung aus Korn und Bindungsmaterial untersucht. Der Agglomerationsvorgang wurde unter atmosphärischen Bedingungen mit einer Umdrehungsrate der Apparatröhre von 3 bis 4 Umdrehungen pro Minute, einem Neigungswinkel der Röhre von 2,5 Grad und einer Einspeisungsrate von 8 bis 10 kg/Stunde durchgeführt. Der verwendete Apparat war im Wesentlichen identisch mit dem in Figur 1 veranschaulichten Apparat.

Alle Proben enthielten 30 Pfund (13,6 kg) Schleifkorn (dasselbe Korn wie in Beispiel 2 verwendet, außer dass Probe 16 25 Pfund (11,3 kg) Norton SG® Sol-Gel-Aluminiumoxid mit 70er Korngröße, bezogen von Saint-Gobain Ceramics and Plastics, Inc., enthielt) und 0,9 Pfund (0,41 kg) Bindungsmaterial A (was 4,89 Vol.-% Bindungsmaterial in dem gesinterten Agglomerat ergab). Das Bindungsmaterial war vor der Zugabe zu dem Korn in unterschiedlichen Bindersystemen dispergiert. Für einige Proben wurde das Bindersystem von 49

Beispiel 2 („Binder 2") verwendet, und andere Proben wurden unter Verwendung des flüssigen Eiweißbinders AR30 („Binder 3") in den in Tabelle 3 aufgeführten, prozentualen Gewichtsanteilen hergestellt. Probe 20 wurde verwendet, um Agglomerate im ungesinterten, ungebrannten Zustand nach dem simulierten Strangpressverfahren von Beispiel 2 herzustellen.

Die geprüften Variablen und die Prüfergebnisse der Prüfungen sind unten in Tabelle 3 zusammengefasst. 50

Tabelle 3: Binderbehandlungen im ungesinterten Zustand

Prob en-Nr. Behandlun g der Mischung Gew.-% Binder (als % des Kornge wichts ) 0. 0 Ertrag -12 Mesh LPD g/cc 14 Binder 3 2,0 100 1,45 15 Binder 3 1,0 100 1,48 16 Binder 3; SG Korn 4,0 92 1,38 17 Binder 3 4,0 98 1,44 18 Binder 2 6,3 90 1,35 19 Binder 3 8,0 93 1,30 20 Binder 2; Simuliert e Extrusion 6,3 100 1,37 21 Binder 3 3,0 100 1,40 22 Binder 3 6,0 94 1,44 23 Binder 2 4,0 97 1,54

Diese Ergebnisse bestätigen, dass eine Agglomeration im ungesinterten Zustand nicht erforderlich ist, um eine annehmbare Qualität und einen annehmbaren Ertrag gesinterter, agglomerierter Granula zu bilden (siehe zum Vergleich Proben 18 und 20) . Da sich die in der Anfangsmischung verwendeten Gew.-% von Binder 3 von 1 auf 8 % erhöhten, zeigte die LPD einen Trend in Richtung eines mäßig starken Rückgangs, was darauf hindeutet, dass die Verwendung eines Binders einen günstigen, aber nicht wesentlichen Einfluss auf den Agglomerationsvorgang hat. ünerwarteterweise erschien es daher nicht erforderlich zu 51 sein, eine gewünschte Form oder Größe der Agglomeratgranula vor dem Sintern in einem Drehkalzinierer vorzuformen. Dieselbe LPD wurde erreicht, indem eine nasse Mischung der Agglomeratbestandteile lediglich in den Drehkalzinierer eingespeist und die Mischung bei der Passage durch den erhitzten Abschnitt des Apparats rolliert wurde.

Beispiel 4

Es wurden Agglomerate (Proben Nr. 24-29) wie in Beispiel 2 beschrieben hergestellt, außer, dass die Temperatur konstant bei 1200° C gehalten wurde und verschiedene Verfahren zur Herstellung der vorgebrannten Mischung aus Korn und Bindungsmaterial untersucht wurden. Alle Proben (außer Proben 28-29) enthielten eine Mischung von 300 Pfund (136,4 kg) Schleifkorn (dasselbe Korn wie in Beispiel 2: 60er Korngröße 38A Aluminiumoxid) und 9,0 Pfund (4,1 kg)

Bindungsmaterial A (was 4,89 Vol.-% Bindungsmaterial in den gesinterten Agglomeraten ergibt).

Probe 28 (dieselbe Zusammensetzung wie Beispiel 2) enthielt 44,9 Pfund (20,4 kg) Korn und 1,43 Pfund (0,6 kg)

Bindungsmaterial A. Das Bindungsmaterial wurde mit der flüssiger Bindermischung (37,8 Gew.-% (3,1 Pfund) AR30-Binder in Wasser) kombiniert, und 4,98 Pfund dieser

Kombination wurden dem Korn zugegeben. Die Viskosität der flüssigen Kombination war 784 CP bei 22° C (Brookfield LVF Viscometer).

Probe 29 (dieselbe Zusammensetzung wie Beispiel 2) enthielt 28,6 Pfund (13 kg) Korn und 0,92 Pfund (0,4 kg)

Bindungsmaterial A (was 4,89 Vol.-% Bindungsmaterial in dem gesinterten Agglomerat ergab). Das Bindungsmaterial wurde mit der flüssigen Bindermischung (54,7 Gew.-% (0,48 Pfund) Duramax® Harz Bl052 und 30,1 Gew.-% (1.456 Pfund) Duramax Harz B1051 Harz in Wasser) kombiniert und diese Kombination wurde dem Schleifkörn zugegeben. Die Duramax Harze wurden 52 von Rohm and Haas, Philadelphia, PA, USA, bezogen.

Der Agglomerationsvorgang wurde unter atmosphärischen

Bedingungen mit einer Umdrehungsrate der Apparatröhre von 4 Umdrehungen pro Minute, einem Neigungswinkel der Röhre von 2,5 Grad und einer Einspeisungsrate von 8 bis 12 kg/Stunde durchgeführt. Der verwendete Apparat war im Wesentlichen identisch zu dem in Figur 1 veranschaulichten Apparat.

Probe 28 wurde vor der Kalzinierung in einem Apparat mit einem Fließbett, hergestellt von Niro, Inc., Columbia, Maryland, USA (Modell MP-2/3 Multi-Processor™, ausgestattet mit einem Konus der Größe MP-1 (3 Fuß (0,9 Meter) im Durchmesser an der breitesten Stelle) voragglomeriert. Für die Probendurchläufe in dem Fließbettverfahren wurden folgende Verfahrensvariablen ausgewählt:

Lufttemperatur am Einlass 64-70° C Luftstrom am Einlass 100-300 Kubikmeter/Stunde Flussrate der Granulationsflüssigkeit 440 g/Min Betttiefe (Anfangsbeladung 3-4 kg) etwa 10 cm Luftdruck 1 Bar

Zwei externe Mischdüsen für Fluida mit einer Öffnung von 800 Mikron

Das Schleifkorn wurde in den unteren Apparat geladen, und Luft wurde durch den Fließbettplattendiffuser nach oben und in das Korn geleitet. Gleichzeitig wurde die Flüssigmischung aus Bindungsmaterial und Binder in die externe Mischdüse gepumpt und dann aus den Düsen durch den Plattendiffusor und in das Korn gesprüht, wodurch einzelne Schleifkörner beschichtet wurden. Während des Trocknens der Mischung aus Bindungsmaterials und Binder wurden ungesinterte Agglomerate gebildet.

Probe 29 wurde vor der Kalzinierung in einem Niedrigdruck- 53

Strangpressverfahren mithilfe eines von der LCI Corporation, Charlotte, North Carolina, USA hergestellten Benchtop Granulator™ (ausgestattet mit einem perforierten Korb mit Öffnungen mit einem Durchmesser von 0,5 mm) voragglomeriert. Die Mischung aus Korn, Bindungsmaterial und Binder wurde manuell in den perforierten Korb (das Strangpresssieb) gegeben, mithilfe von Rotationsklingen durch das Sieb gedrückt und in einer Aufnahmewanne aufgefangen. Die stranggepressten Voragglomerate wurden bei 90° C 24 Stunden lang ofengetrocknet und als Rohmaterial für den Drehkalzinierungsvorgang verwendet.

Die geprüften Variablen und die Ergebnisse der Tests sind unten und in Tabelle 4-1 und 4-2 zusammengefasst. Diese Tests bestätigen, dass die in Beispiel 3 ausgeführten Ergebnisse auch bei einer höheren Brenntemperatur (1200 gegenüber 1000° C) beobachtet werden. Diese Tests veranschaulichen außerdem, dass Niedrigdruck-Strangpressen und Flüssigbett-Voragglomeration zur Herstellung von agglomerierten Granula verwendet werden können, dass aber ein Agglomerationsschritt vor der Drehkalzinierung zur Herstellung der Agglomerate der Erfindung nicht erforderlich ist.

Tabelle 4-1 Agglomeratkennzeichen

Prob en-Nr. Behandlun g der Mischung Gew.—% Binder auf der Basis der Gew.— % des Korns 0. Ό Ertrag -12 Mesh Mittl ere Größe pm LPD g/cc 24 Binder 3 1,0 71,25 576 1,30 25 Binder 3 4,0 95,01 575 1,30 26 Binder 3 o oo 82,63 568 1,32 54 27 Binder 2 7,2 95,51 595 1,35 28 Binder 3 7,2 90,39 n/a n/a 29 Duramax Harz 7,2 76,17 600 1,27

Tabelle 4-2: Partikelgrößenverteilung der Agglomerate

Sieb Nr. ASTM-E Sieb Nr. ISO 565 pm Gew.-% auf dem Sieb Proben- Nr. 24 25 26 27 28 29 -40 -425 17,1 6 11,8 0 11,5 0 11,5 0 n/a 11,1 0 40 425 11, 9 0 13,5 0 14,0 0 12,5 0 n/a 12,2 0 35 500 17,3 0 20,7 0 22,7 0 19,6 0 n/a 18,9 0 30 600 20,1 0 25,2 0 26,3 0 23,8 0 n/a 23,7 0 25 725 17,6 0 19,0 0 17,2 0 18,4 0 n/a 19,2 0 20 850 10,8 0 8,10 6,40 9,30 n/a 10,3 0 18 1000 3,90 1,70 1, 60 3,20 n/a 3,60 16 1180 0,80 0,10 0,30 1,60 n/a 1,10

Beispiel 5

Weitere Agglomerate (Probe Nr. 30-37) wurden wie in Beispiel 3 beschrieben hergestellt, außer dass das Sintern bei 1180° C durchgeführt, andere Arten von Schleifkörnern getestet und 30 Pfund (13,6 kg) Schleifkorn mit 1,91 Pfund (0,9 kg) Bindungsmaterial A gemischt wurden (um 8,94 Vol.-% Bindungsmaterial in den gesinterten Agglomeratgranula zu ergeben). Binder 3 von Beispiel 3 wurde mit Wasser als einem 55

Binder für die Agglomeration im ungesinterten Zustand verglichen. Probe 30-34 verwendeten 0,9 Pfund (0,4 kg) Wasser als Binder. Probe 35-37 verwendeten 0,72 Pfund (0,3 kg) Binder 3. Die geprüften Variablen sind unten in Tabelle 5 zusammengefasst.

Der Vorgang der Agglomeration wurde unter atmosphärischen Bedingungen durchgeführt, mit einer Umdrehungsrate der Apparatröhre von 8,5-9,5 Umdrehungen pro Minute, einem Neigungswinkel der Röhre von 2,5 Grad und einer Einspeisungsrate von 5-8 kg/Stunde. Der verwendete Apparat war im Wesentlichen identisch zu dem in Figur 1 veranschaulichten Apparat.

Nach der Agglomeration wurden die agglomerierten Schleifkornproben gesiebt und hinsichtlich der losen Packdichte (LPS), Größenverteilung und Agglomeratfestigkeit geprüft. Diese Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt. - 56 -

Tabelle 5

Pro ben Nr. Schleifko rn Binder Gew.—% des Binders auf der Basis von Gew.— % Korn Mittl ere Größe pm LPD g/cc Druck bei 50% zerdrü cktem Anteil MPa 30 60er Korngröße 57A Aluminium oxid Wasser 3,0 479 1,39 1,2+0, 1 31 60er Korngröße 55A Aluminium oxid Wasser 3,0 574 1,27 2,5+0, 1 32 80er Korngröße SG Aluminium oxid Wasser 3,0 344 1,18 0,4+0, 1 33 70er Korngröße Targa® Sol-Gel-Alumini um oxid Wasser 3,0 852 1,54 17±1,0 34 70/30 Gew.-% 60er Korngröße 38A/60er Korngröße Wasser 3,0 464 1,31 1,1±0, 1 57

Norton SG Aluminium oxid 35 60er Korngröße 38A Aluminium oxid Binder 3 2,4 n/a n/a n/a 3G 60er Korngröße Norton SG ® Aluminium oxid Binder 3 2,4 n/a n/a n/a 37 60/25/15 Gew.—% 60er Korngröße 38 A/ 120er Korngröße Norton SG/ 320er Korngröße 57A Binder 3 2,4 n/a n/a n/a

Diese Ergebnisse zeigen wiederum die Eignung von Wasser als vorübergehendem Binder für die Agglomerate in dem Drehkalzinierungsvorgang. Des Weiteren können Mischungen von Korntypen, Korngrößen oder beiden nach dem Verfahren der Erfindung agglomeriert werden, und diese Agglomerate können bei einer Temperatur von 1180° C in dem Drehkalzinierer beschichtet werden. Eine signifikante Zunahme der Quetschfestigkeit wurde beobachtet, wenn ein längliches Schleifkörn mit einem hohen Längenverhältnis (d.h. >4:1) in den Agglomeraten verwendet wurde (Probe 33). 58

Beispiel 6

Eine weitere Reihe von Agglomeraten (Probe Nr. 38-45) wurde wie in Beispiel 3 beschrieben hergestellt, außer, dass andere Sintertemperaturen verwendet und unterschiedliche Arten von Schleifkornkorngrößenmischungen und unterschiedliche Bindungsmaterialien getestet wurden. Bei manchen der Rohmaterialmischungen wurden Walnussschalen als organisches Porenauslöser-Füllmaterial verwendet (Walnussschalen wurden bezogen von Composition Materials Co., Inc., Fairfield, Connecticut, in US-Siebgröße 40/60). Die geprüften Variablen sind unten in Tabelle 6 zusammengefasst. Alle Proben enthielten eine Mischung aus 30 Pfund (13,6 kg) Schleifkorn und 2,5 Gew.-% Binder 3 auf Korngewichtsbasis mit unterschiedlichen Mengen an Bindungsmaterial, wie in Tabelle 6 gezeigt.

Nach der Agglomeration wurden die agglomerierten Schleifkornproben gesiebt und hinsichtlich der losen Packdichte (LPS), Größenverteilung und Agglomeratfestigkeit geprüft (siehe Tabelle 6) . Die Eigenschaften aller Agglomerate waren zur Verwendung bei der Herstellung von Schleifscheiben annehmbar. Diese Daten scheinen anzudeuten, dass die Verwendung organischer Porenauslöser, d.h. Walnussschalen, keinen wesentlichen Einfluss auf die Agglomerateigenschaften hatte. 59

Tabelle 6

Prob en Nr. Schleifk orn Gew.-% Mischung Korngröß e Korntyp Bind ungs mate rial Vol. - 0 0 Gebra nntes Bindu ngsma teria la Vol. 0, 0 Gebr annt er Pore naus löse r LPD g/c c Druck bei 50% zerdrü cktem Anteil MPa 38 90/10 Gew.-% 60er Korngröß e 38A Aluminiu moxid/ 70er Korngröß e Targa® sol-Gel- Aluminiu moxid F 5,18 0 1,1 4 11,5±0 ,5 39 TT TT C 7,88 2 1,0 0 11,5±0 ,5 40 90/10 Gew.-% 80er Korngröß e 38A Aluminiu moxid/ 70er Korngröß F 5,18 2 1,0 2 10,5+0 ,5

GO e Targa® Sol-Gel-AI uminiu moxid 41 1? M C 7,88 0 0, 9 2 n/a 42 50/50 Gew.-% 60er Korngröß e 38A Aluminiu moxid/ 60er Korngröß e 32A Aluminiu moxid F 5,18 2 1/1 6 11,5+0 ,5 43 ff ff C 7,88 0 1,0 6 n/a 44 50/50 Vol.-% 80er Korngröß e 38A Aluminiu moxid/ 60er Korngröß e 32A Aluminiu moxid F 5,18 0 1,0 8 8,5+,0, 5 61 45 IT TI c 7,88 2 O t—1 11,5+0 7 ,5 a. Vol.-% auf der Basis der Gesamtfeststoffe (Korn, Bindungsmaterial und Porenauslöser) und berücksichtigen nicht die Porosität des Agglomerats.

Beispiel 7

Nach Beispiel 2 hergestellte Agglomeratproben 10-13 und nach Beispiel 4 hergestellte Agglomeratproben 24-27 wurden verwendet, um Schleifscheiben (Endgröße: 20 X 1 X 8 Zoll) (50,8 X 2,54 X 20,3 cm) herzustellen. Diese Scheiben wurden in einem Kriechgangschleifvorgang gegen Vergleichsscheiben geprüft, die ohne Agglomerate hergestellt wurden, aber Porenauslöser-Füllmaterial enthielten.

Um die Schleifscheiben herzustellen, wurden die Agglomerate zusammen mit einem flüssigen Binder und einer pulverisierten, keramischen Bindungszusammensetzung entsprechend Bindungsmaterial C aus Tabelle 1-2 in eine Mischvorrichtung gegeben. Die Scheiben wurden dann entsprechend den aus dem Stand der Technik bekannten, kommerziellen Techniken zur Herstellung von Schleifscheiben formgepresst, getrocknet, bis zu einer maximalen Temperatur von 900° C gebrannt, sortiert, beschichtet, gewogen und inspiziert.

Die Zusammensetzung der Scheiben (einschließlich Vol.-% Schleifmittel, Bindungsmittel und Porosität in den gebrannten Scheiben), Dichte und Moduleigenschaft der Scheiben sind in Tabelle 7-1 beschrieben. Scheiben wurden so formuliert, dass sie einen Elastizitätsmodul entsprechend einer Standardscheibenhärte zwischen Grad D und E auf der Härtegradskala der Norton Company hatten. Vorläufige Tests hatten festgestellt, dass die Scheiben, die aus Kornagglomeraten mit einer Vol.-%-Struktur (d.h. Vol.-% Korn, Bindungsmittel und Poren bis auf insgesamt 100%) 62 formuliert sind, die identisch ist zu einer ohne

Kornagglomerate hergestellten Vergleichsscheibe, eine wesentlich geringere Dichte, einen geringeren

Elastizitätsmodul hatten und weicher waren als die Vergleichsscheiben. Weniger die berechnete Vol.-%-Struktur, als vielmehr Dichte und Elastizitätsmodul wurden daher als die zentralen Scheibenhärteindikatoren für Scheiben ausgewählt, die mit Kornagglomeraten hergestellt und in diesem Schleifstudien geprüft wurden. 63

Tabelle 7-1 Schleifscheibeneigenschaften

Scheibe (Agglomera tproben Bsp. 2, 5) Scheibenzusammens etzuna Vol.-% Agglom.3 Bind. d Porosität Relat ive Luftd urchl ässig keitb Dich te nach dem Bren nen g/cc Elasti zitäts modul d/ cm2xl o10 (10) 37,5 5,70 56,8 81,8 1, 62 10,7 0 0 (11) 37,5 5,70 56,8 84,1 1,61 10,6 0 0 (12) 37,5 5,70 56,8 87,8 1, 60 11,1 0 0 (12) 37,5 5,70 56,8 89,5 1,60 10,2 0 0 (13) 37,5 5,70 56,8 79,2 1, 61 11,4 0 0 (27) 37,5 8,40 54,1 90,3 1, 66 13,9 0 0 (26) 37,5 8,40 54,1 90, 6 1, 65 14,8 0 0 (26) 37,5 8,40 54,1 80,1 1,65 15,4 0 0 (25) 37,5 8,40 54,1 n/a 1, 66 15, 6 0 0 (24) 37,5 8,40 54,1 n/a 1, 69 17,6 0 0 Vergleichs proben0 Korn Bind nicht Vol.-% • Poro agglomerie Vol. sitä rtes Korn 0, 0 t Vol. 0 0 64 38A60- D25VCF2 37,5 0a 4,70 57,8 0 75,8 1,60 9,20 38A60- D25VCF2 37,5 0a 4,70 57,8 0 75,8 1,59 9,60 38A60- E25VCF2 37,5 0a 5,70 56,8 0 59,6 1,67 19,80 38A60- D28VCF2 36,0 0a 4,70 59,3 0 n/a 1, 64 15,50 a) Bei 37,50 Vol.-% Schleifkörn enthielten die Vergleichsscheiben einen größeren Vol.-Prozentanteil Schleifkörn (d.h. 1-3 Vol.-% mehr) als die Prüfscheiben, die aus 37,50 Vol.-% Kornagglomerat, Bindungsmaterial und Intra-Agglomerat-Porosität hergestellt waren. b) Die Durchlässigkeit für Fluida (Luft) wurde nach den in US Pat. Nr. 5,738,696 und 5,738,697, erteilt an Norton Company, offenbarten Verfahren gemessen. Die Werte der relativen Luftdurchlässigkeit sind ausgedrückt als cc/Sekunde/Zoll von Wassereinheiten. c) Die Vergleichsscheibenproben waren kommerzielle Produkte, die von Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA, USA, bezogen wurden und jeweils mit den in Tabelle 7-1 angezeigten Scheibenbezeichnungen gekennzeichnet wurden. d) Die Werte der Vol.-% Bindungsmaterial der Prüfscheiben berücksichtigen nicht die auf den Körnern zur Herstellung der Agglomerate verwendeten Vol.-% an Glas-Bindungsmaterial. Der Wert Vol.-% Bindungsmaterial gibt nur die Materialien wieder, die zur Herstellung der Schleifscheiben zugegeben wurden.

Diese Scheiben wurden in einem Kriechgangschleifverfahren gegen zur Verwendung in Kriechgangschleifverfahren empfohlene, kommerziell erhältliche Vergleichsscheiben geprüft (die Vergleichsscheiben sind in Tabelle 7-1 und 7-2 beschrieben). Die Vergleichsscheiben hatten dieselben Größenabmessungen, vergleichbare Härtegrade und waren ansonsten geeignete Vergleichsscheiben für die Prüfscheiben 65 in einer KriechgangschleifStudie, waren jedoch ohne Agglomerate hergestellt.

Schleifbedincrunaen:

Maschine: Hauni-Blohm Profimat 410 Modus: Kerben-Kriechgangschliff Schleiftiefe: 0,125 Zoll (0,318 cm)

Scheibengeschwindigkeit: 5500 Oberflächenfuß pro Minute (28 m/Sek.)

Tischgeschwindigkeit: Variierte in Stufen von 2,5 Zoll/Min (6,4 cm/Min.) von 5-17,5 Zoll/Minute (12,7-44,4 cm/Minute) oder bis zum Auftreten von Fehlern (Brandspuren am Werkstück oder Maschinen- oder Scheibenausfall) Kühlmittel: Master Chemical Trim E210 200, bei Konzentration von 10% mit entionisiertem Wasser, 95 Gal/Min. (360 1/Min) Werkstückmaterial: AISI 4340 Stahl 48-50 Rc Härte Schleifmodus: Drehdiamant, nicht kontinuierlich Schleifkompensation: 40 Mikro-Zoll/Umdrehung (1

Mikrometer/Umdrehung)

Gesamte radiale Schleifkompensation: 0,02 Zoll/Umdrehung (0,5 mm/Umdrehung)

Geschwindigkeitsverhältnis: +0,8

Bei diesen Schleifdurchgängen wurde die Tischgeschwindigkeit erhöht, bis es zu einem Fehler kam. Der Fehler wurde angezeigt durch Brandspuren am Werkstück oder durch übermäßigen Verschleiß der Scheibe, wie angezeigt durch Stromdaten, Scheibenabnutzungsmessungen (wheel wear, WWR) , Messungen der Oberflächengüte und der optischen Inspektion der geschliffenen Oberfläche. Das Zeitspanvolumen (material removal rate, MRR) (maximales Zeitspanvolumen), bei welchem der Fehler auftrat, wurde dokumentiert.

Wie in Tabelle 7-2 unten ausgeführt, zeigten diese

Schleiftests, dass die agglomerathaltigen Prüfscheiben durchgehend in der Lage waren, höhere Zeitspanvolumina als die Vergleichsscheiben zu erreichen. Die Prüfscheiben zeigten außerdem annehmbare Werte für die anderen, weniger 66 wichtigen Schleifparameter, wie sie bei

Kriechgangschleifverfahren beobachtet werden (d.h. Scheibenabnutzung, Leistung und Oberflächengüte bei maximalem Zeitspanvolumen).

Tabelle 7-2 Schleiftestergebnisse

Scheibe (Agglomera t- Proben Bsp. 2,5) Scheibenzusammens etzuna Vol.-% Agglom.3 Bind. Porosität Maxima les MAR mm3/s/ mm WWR mm3/s/ mm Spezi fisch e Schle ifene rgie J/mm3 Mittler e Oberflä chenrau heit mm (10) 37,5 0 5,70 56,80 16,4 0,27 45,1 1,07 (11) 37,5 0 5,70 56,80 13,6 0,14 45,8 1,04 (12) 37,5 0 5,70 56,80 16,3 0,43 44,0 1,40 (12) 37,5 0 5,70 56,80 13,8 0,14 44,8 1,05 (13) 37,5 0 5,70 56,80 13,6 0,24 45,8 1,03 (27) 37,5 0 8,40 54,10 16,3 0,21 47,3 0,97 (26) 37,5 0 8,40 54,10 13,7 0,17 50,3 0,86 (26) 37,5 0 8,40 54,10 11,0 0,09 54,4 0,80 (25) 37,5 0 8,40 54,10 13,5 0,12 52,4 0,89 (24) 37,5 0 8,40 54,10 10,9 0,08 54,6 0,77 Vergleichs proben0 Korn Bind 67 nicht agglomerie rtes Korn Vol. - % Vol. Q. “*0 Poros ität Vol.- 0, 0 JOHN02 38A60-D25VCF2 37,5 0 4,70 57,80 8,3 0,12 46,7 1,28 EB030-2 38A60- D25VCF2 37,5 0 4,70 57,80 10,8 0,14 46,5 1,16 EB012-2 38A60- E25VCF2 37,5 0 5,70 56,80 11,0 0,07 58,5 0,67 JOHN01 38A60- D28VCF2 36,0 0 4,70 59,30 11,0 0,12 54,7 0,68 a) Bei 37,50 Vol.-% Schleifkörn enthielten die Vergleichsscheiben einen größeren Vol.-Prozentanteil Schleifkorn (d.h. 1-3 Vol.-% mehr) als die Prüfscheiben, die aus 37,50 Vol.-% Kornagglomerat, Bindungsmaterial und Intra-Agglomerat-Porosität hergestellt waren.

Beispiel 8

Eine Probe aus Schleifkornagglomerat (60) wurde in dem Drehkalzinierungsapparat mit einer Siliciumkarbidröhre, beschrieben in Beispiel 1 und veranschaulicht in Figur 1, hergestellt. Der Agglomerationsvorgang wurde unter atmosphärischen Bedingungen bei 1.350° C mit einer Umdrehungsrate der Apparatröhre von 9 Umdrehungen pro Minute, einem Neigungswinkel der Röhre von 3 Grad und einer Einspeisungsrate von 6-10 kg/Stunde durchgeführt.

Die agglomerierte Probe war aus einer Mischung aus 38A Aluminiumoxid-Schleifkörn, 60er Korngröße (dasselbe Korn wie in Beispiel 1 und 6 verwendet), 5,0 Gew.-% Bindungsmaterial 68 F (auf der Basis des Gewichts des Schleifkorns) und 2,5 Gew.~% Binder 3 in Wasser (Mischung 50/50 nach Gewicht des

Schleifkorns) hergestellt.

Nach der Agglomeration in dem Drehkalzinierungsapparat wurde das agglomerierte Schleifkorn gesiebt und nach den oben beschriebenen Verfahren auf lose Packdichte (LPS) und andere Attribute geprüft. Der Ertrag der verwendbaren, frei fließenden Agglomerate (definiert als -12 Mesh to pan) lag bei 72,6 % des Rohmaterials vor dem Sintern. Die LPD des Agglomerats war 1,11 g/cc und die relative Dichte war 28,9%. Diese gesinterten Agglomerate wurden verwendet, um Schleifscheiben mit einer fertigen Größe von 16,25 X 0,75 X 5,00 Zoll (41,3 X 2,4 X 12,8 cm) herzustellen.

Um die Schleifscheiben herzustellen, wurden die Agglomerate zusammen mit einer pulverisierten keramischen BindungsZusammensetzung (entsprechend Bindungsmaterial C aus Tabelle 1-2) und Flüssigbinder 3 in ein Mischgerät gegeben, um eine Mischung herzustellen. Die Scheiben wurden dann entsprechend den aus dem Stand der Technik bekannten, kommerziellen Techniken zur Herstellung von Schleifscheiben aus dieser Mischung gepresst, getrocknet, bis zu einer maximalen Temperatur von 900° C gebrannt, sortiert, beschichtet, gewogen und inspiziert. Die Scheiben wurden dann so abgestimmt, dass der Wert ihres Elastizitätsmoduls dem von Vergleichsscheiben mit einer Standardscheibenhärte im Bereich des Grades E auf der Härtegradskala der Norton Company entsprach.

Die Kennzeichen der gebrannten Schleifscheiben und einer kommerziell erhältlichen Vergleichsscheibe, bezogen von Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA, USA, sind in Tabelle 8-1 unten beschrieben.

Tabelle 8-1 Schleifscheiben 69

Probesch leifsehe ibe Scheibenzusammens etzung Agglom. Bind.c Porosität Vol.-% Vol.-% Vol.-% Luft durc hläs sigk eitb Dich te nach dem Bren nen g/cc Elasti zitäts modul d/cm2x IO10 Prüfsche ibe 8-4 37, 50 9,88 52,62 90,4 1,66 17,5 8-11 37, 5 9,88 52,62 87,4 1, 66 17,5 8-17 37, 5 9,88 52,62 88,3 1,66 17,5 Vergleic hs- scheibe Kor n Vol 0, • 0 Bind Vol. Q, — Ό Poros ität Vol.- 0, 0 38A605- D28VCF2 37, 50 5,73 56,77 43,5 1,65 17,3 a) Bei 37,50 Vol.-% Schleifkornbestandteil enthielten die Vergleichsscheiben einen größeren Vol.-Prozentanteil Schleifkorn (d.h. 1-3 Vol.-% mehr) als die Prüfscheiben, die aus 37,50 Vol.-% Kornagglomerat, Bindungsmaterial und Intra-Agglomerat-Porosität hergestellt waren. b) Die Durchlässigkeit für Fluida (Luft) wurde nach den in US Pat. Nr. 5,738,696 und 5,738,697, erteilt an Norton Company, offenbarten Verfahren gemessen. Die Werte der relativen Luftdurchlässigkeit sind ausgedrückt als cc/Sekunde/Zoll von Wassereinheiten. c) Die Werte der Vol.-% Bindungsmaterial berücksichtigen nicht die auf den Körnern zur Herstellung der Agglomerate verwendeten Vol.-% an Glas-Bindungsmaterial. Der Wert Vol.-% Bindungsmaterial gibt nur die Materialien wieder, die zur Herstellung der Schleifscheiben zugegeben wurden. 70

Die in Tabelle 8-1 beschriebenen Schleifscheiben wurden in einem Kriechgangschleiftest geprüft. Die Parameter für den Kriechgangschleiftest wurden so eingestellt, dass sie die folgenden Schleifbedingungen ergaben:

Schleifbedinounaen:

Scheibengeschwindigkeit: 5500 Oberflächenfuß pro Minute (28 m/Sek.)

Mikrometer/Umdrehung)

Gesamte radiale Schleifkompensation: 0,02 Zoll Geschwindigkeitsverhältnis: +0,8

Bei diesen Schleifdurchgängen wurde die Tischgeschwindigkeit erhöht, bis es zu einem Fehler kam. Der Fehler wurde angezeigt durch Brandspuren am Werkstück oder durch übermäßigen Verschleiß der Scheibe, wie angezeigt durch Stromdaten, Scheibenabnutzungsmessungen (WWR) und der optischen Inspektion der geschliffenen Oberfläche. Das

Zeitspanvolumen (material removal rate, MRR) (d.h. das maximale Zeitspanvolumen vor dem Fehler), bei welchem der Fehler auftrat, wurde dokumentiert. Auch die Oberflächengüte wurde gemessen.

Wie in Tabelle 8-2 unten ausgeführt, zeigten diese

Schleiftests, dass die agglomerathaltigen Prüfscheiben 71 durchgehend in der Lage waren, höhere Zeitspanvolumina als die Vergleichsscheiben zu erreichen, bevor das Werkstück verbrannte. Das maximale Zeitspanvolumen für die Vergleichsscheibe wurde bei einer Tischgeschwindigkeit von nur 12,5 Zoll/Minute (5,29 mm/Sek.) erreicht, während das maximale Zeitspanvolumen der Prüfscheibe bei einer Tischgeschwindigkeit von 15 Zoll/Minute (6,35 mm/Sek.) erreicht wurde.

Die Prüfscheiben zeigten außerdem vergleichbare und kommerziell annehmbare Werte für die anderen, bei dem höchsten Zeitspanvolumen beobachteten Schleifparameter, die von den Vergleichsscheiben in diesem Kriechgangschleifverfahren erreicht wurden (d.h. Leistung und Oberflächengüte bei der Tischgeschwindigkeit von 5,29 mm/Sek.).

Tabelle 8-2 Schleiftestergebnisse

Probens cheibe Tisch-Geschwind ig-keit mm/s MRR mm3/s, mm Leist ung W/mm Mittlere Rauheit mm Beobachtun gen zur Qualität des Werkstücks Prüfsch eibe 8-4 3,18 10,00 403,1 O CO o CO 1—1 00 10,00 411,0 0,80 4,23 13,44 516,7 0,89 4,23 13,44 516,7 1,04 5,29 16,77 614,5 0,93 5,29 16,77 638,0 0,99 Maximum 6, 35 19,89 712,5 0,88 Leichte Brandspure n am Ausgang 72

8-11 3,18 10,00 403,1 0,90 3,18 10,11 395,5 0,86 4,23 14,30 516,7 1,00 4,23 14,09 508,8 0, 93 5,29 16,77 634,1 0,86 5,29 16,67 634,1 0,91 Maximum 6,35 19,89 724,3 0, 97 Leichte Brandspure n am Ausgang 8-17 3,18 10,00 411,0 0, 99 3,18 10,11 407,2 0, 85 4,23 13,33 528,4 0,94 4,23 13,33 520,5 0,97 5,29 16,67 630,3 0,89 5,29 16,56 638,0 0,97 Maximum 6,35 20,00 716,3 0, 99 Leichte Brandspure n am Ausgang Verglei chs- scheibe 2,12 6,77 273,9 0,77 3,18 9,89 391,3 0,79 3,18 10,00 395,5 0, 95 3,18 10,00 399,3 0, 93 4,23 13,33 508,8 0,88 4,23 13,44 516,7 0,79 5,29 16,67 598,9 0,91 Starke Brandspure n am Ausgang 5,29 16,77 618,6 0,83 IT 73

Maximum 5,29 16,77 614,5 0,89 1!

Beispiel 9

Mit der Agglomeratprobe 35 aus Beispiel 5 hergestellte Schleifscheiben wurden in einem für Schleifverfahren im Werkzeugbau typischen, trockenen Flachschliffverfahren mit Quervorschub getestet. Eine kommerziell erhältliche Schleifscheibe wurde mit den erfindungsgemäßen Scheiben in diesem Test verglichen.

Die Schleifscheiben, welche die Agglomerate enthielten, wurden nach dem Verfahren von Beispiel 8 hergestellt und bei einer maximalen Temperatur von 900° C gebrannt, jedoch war die Größe der Scheiben 7 X 0,5 X 1,25 Zoll (17,8 X 1,3 X 3,2 cm). Gebrannte Scheiben enthielten 40% Agglomerate, 11-12,1 % keramische Bindung und 47,9-49 % Porosität auf Volumenprozentbasis. Die Brennbedingungen für die erfindungsgemäßen Scheiben und die Eigenschaften der gebrannten Schleifscheiben und der Vergleichsscheiben sind in Tabelle 9-1 beschrieben.

Tabelle 9-1 Schleifscheiben

Scheibe (Härtgra d H) Scheibenzusammensetzu ng Luft durc hläs sigk eitb Dicht e nach dem Brenn en g/cc Elastizi tätsmodu 1 GPa Prüfsehe Agglo Bind.c Poros ibe m. Vol.-% ität Bsp. 5 Vol.- Vol.- Agglo. o o 0, 0 Probe- Nr. 35-1 O O 11,1 48,9 41,0 1,85 27,2 74

35-2 O o 12,1 47,9 31,1 1,91 30,8 35-3 o o 11,1 48,9 58,1 O oo i—1 22,7 Vergleic Korn Bind. Poros hsscheib Vol.- Vol.-% ität ea Q. 0 Vol.- o, Ό 38A60- 0^ o o 8,5 51,5 35,7 1,79 26,3 H12VBEP a) Bei 40,0 Vol.-% Schleifkornbestandteil enthielten die Vergleichsscheiben einen größeren Vol.“Prozentanteil Schleifkörn (siehe Tabelle 9-2 unten) als die Prüfscheiben, die aus 40,0 Vol.-% Kornagglomerat (einschließlich Bindungsmaterial und Intra-Agglomerat-Porosität) hergestellt waren. b) Die Luftdurchlässigkeit wurde nach den in US Pat. Nr. 5,738,696 und 5,738,697, erteilt an Norton Company, offenbarten Verfahren gemessen. c) Die Werte der Vol.-% Bindungsmaterial berücksichtigen nicht die auf den Körnern zur Herstellung der Agglomerate verwendeten Vol.-% an Glas-Bindungsmaterial. Der Wert Vol.-% Bindungsmaterial gibt nur die Materialien wieder, die zur Herstellung der Schleifscheiben zugegeben wurden.

Der Volumenprozentanteil an Schleifkorn und Glas-Bindungsmaterial der in den Prüfscheiben verwendeten Agglomerate ist in Tabelle 9-2 unten ausgeführt. 75 -

Tabelle 9-2 Scheibenzusammensetzung je nach

Agglomeratbestandteilen

Probe- Nr. Bsp. 5 Agglom. Vol.-% Agglom Vol.-% Bindun gsmate rial in Agglom Vol.-% Korn in der Scheibe Vol.-% Bindern. (+ Bindung smateri al) in der Scheibe Vol.-% Porosit ät in der Scheibe Prüfsehe ibe 35-1 40,0 8,92 36,4 14,7 48,9 35-2 40,0 8,92 36,4 15,7 47,9 35-3 40,0 4, 67 38,1 13,0 48,9 Vergleic hsscheib ea 40,0 8,5 51,5 a) Bei 40,0 Vol.-% Schleifkörn enthielten die

Vergleichsscheiben einen größeren Vol.-Prozentanteil Schleifkorn (d.h. 1-3 Vol.-% mehr) als die Prüfscheiben, die aus 40,0 Vol.-% Kornagglomerat, Bindungsmaterial und Intra-Agglomerat-Porosität hergestellt waren.

Schleifbedincruncren:

Maschine: Brown & Sharpe Flachschleifer Modus: Trocken-Flachschliff Quervorschub: 0,508 mm

Scheibengeschwindigkeit: 3500 Umdrehungen pro Minute; 6500 sfpm

Tischgeschwindigkeit: 50 fpm (15.240 mm/Min) Kühlmittel: Keines

Werkstückmaterial: D3 Stahl Rc 60 Härte 203,2 mm lang X 47,8 mm breit Schleifmodus: Einpunktdiamant Schleifkomp.: 0,025 76

Schleifführung: 254 mm/Min.

Bei diesen Schleifdurchgängen wurde die Senkrechtzustellung erhöht, bis ein Fehler beobachtet wurde. Bei Flachschliffverfahren im Werkzeugbau, wie beispielsweise bei Kriechgangschleifverfahren, ist die Leistung der Schleifscheibe in Bezug auf das maximale Zeitspanvolumen (MRR) der wichtigste Parameter. Daher wurde für jede Scheibe das maximale Zeitspanvolumen, bei dem ein Schleiffehler auftrat, dokumentiert, und ein Fehler war gekennzeichnet durch sichtbare Brandspuren am Werkstück, übermäßigen Energieaufwand oder durch eine übermäßige Abnutzungsrate der Scheibe (WWR). Auch die Oberflächengüte wurde gemessen.

Wie in Tabelle 9-3 und 9-4 unten aufgeführt, zeigte dieser Schleiftest, dass die Prüfscheiben mit den Agglomeraten anhaltend höhere maximale Zeitspanvolumina aufwiesen, bevor die Scheibe aufgrund von Abnutzung ausfiel. Des Weiteren wurden die höheren Zeitspanvolumina bei geringerem Energieaufwand erreicht, während gleichzeitig vergleichbare Werte in Bezug auf die Rauheit der Oberfläche aufrechterhalten wurden.

Tabelle 9-3 Schleiftestergebnisse

Probensc heibe Ges am t- Vorsc hub mm Zeitspa nvolume n mm3/s, mm G~ Verhält nis MRR/WRR Spezifi sehe Energie Was/mm3 Ober fläc henr auhe it (J-n ) Prüfsehe ibe 35-1 0,102 19,0 9,00 81,9 25 0,152 21,0 7,51 79,6 20 0,203 26,1 7,95 64,5 24 0,254 34,2 7,62 55,7 22 77 0,305 0,356 0,406 0,457 0,559 0, 660 42, 9 50.3 51,0 64,5 69, 4 89.4 6.85 6,89 6,39 6.86 5,75 6,19 44.4 42.9 41.4 36,1 35.9 30,0 29 19 30 21 28 24 35-2 0,102 17,1 12,82 86, 6 23 0,203 28,1 9,24 62,8 26 0,305 41,9 7,90 51,1 28 0,406 56,8 6,95 40,2 32 0,508 64,8 5,73 38,1 30 0, 610 83,5 5,61 35,1 33 35-3 0,102 12,3 7,13 137,5 12 0,203 26,5 8,09 67,9 12 0,305 41,3 7,68 47,7 16 0,406 54,2 6,54 41, 6 16 0,508 67,1 5,84 34,7 23 Vergleic hsscheib e 38A60- 0,102 16,5 9,48 98,6 11 H12VBE 0,203 27,4 8,55 60,9 15 0,305 41, 9 6,80 46, 6 17 0,406 51, 9 5,92 39,7 18 0,508 52,9 4,02 43,8 25

Tabelle 9-4 Schleiftestergebnisse - Messungen der Scheibenabnutzung3

Probesch Ges am A B C D Berei o 0 eibe t- mil mil mil mil chmm2 Abnut Vorsc zung hub der mm Schei benfl äche 78

Prüfsehe ibe 35-1 0,102 0,003 0, 003 0,111 0,142 0,293 53 0, 660 3 8 5 4 2 90 0,015 0, 014 0,202 0,228 2,076 1 8 6 3 8 35-2 0,102 0,002 0, 002 0,087 0,114 0,002 42 0,610 7 9 9 9 0 90 0,014 0, 014 0,216 0,224 2,098 6 9 1 8 2 35-3 0,102 0,003 0,002 0,108 0,143 0,237 53 0,508 1 8 3 4 8 89 0,011 0,011 0,183 0,240 1,611 9 7 5 2 0 Vergleic hsscheib e 38A60- 0,102 0,003 0,003 0,111 0,105 0,238 43 H12VBE 0,508 5 3 7 3 2 96 0,011 0, 011 0,217 0,270 1,835 9 5 0 1 0 a) Die Scheibenabnutzung wurde durch eine Variation des in US-Patent Nr. 5,401,284, erteilt an Norton Company, beschriebenen Verfahrens („Eckhaltetest") gemessen. Für die Daten in dieser Tabelle wurden die Werte A und D am Umfang der Scheibe, entlang der Schleiffläche der Scheibe, gemessen und die Werte B und C wurden an Stellen gleichen Abstands in der Nähe der Mitte der Schleiffläche der Scheibe gemessen. Mit fortschreitendem Schleifen ist die relative Stabilität der Werte A und D im Vergleich zu den Werten B und C ein Indikator der Scheibenabnutzungsresistenz der Scheibe. Der „Bereich" ist die Menge an Material, die von der Scheibe entfernt wird. Die prozentuale Scheibenflächenabnutzung spiegelt die Breite der Scheibenabnutzung in der Mitte der Schleiffläche der Scheibe in der Nähe der Punkte wider, an denen die Werte B und C gemessen werden. 79

Beispiel 10

In einem Innendurchmesser (ID)-Schleiftest wurden Schleifscheiben getestet, die mit Schleifkornagglomeraten hergestellt wurden.

Es wurden Agglomerate (Probe 61) wie in Beispiel 2 beschrieben hergestellt, außer, dass die Temperatur konstant bei 1170° C gehalten wurde (Probe 61) . Außerdem wurde ein Drehkalzinierungsapparat, Modell KOU-8D48-RTA-20, ausgestattet mit einer Siliciumkarbidröhre der Länge 108 Zoll (274 cm), einem Innendurchmesser von 8 Zoll (20 cm), erhitzt über eine Länge von 48 Zoll (122 cm) mit drei Temperaturkontrollzonen, verwendet. Dieser Apparat wurde hergestellt von Harper International, Buffalo, New York. Der Agglomerationsvorgang wurde unter atmosphärischen Bedingungen mit einer Rotationsrate der Apparatröhre von 6 Umdrehungen pro Minute, einem Neigungswinkel der Röhre von 2,5-3,0 Grad und einer Einspeisungsrate von 8-10 kg/Stunde durchgeführt. Der verwendete Apparat war im Wesentlichen identisch zu dem in Figur 1 veranschaulichten Apparat.

Agglomeratprobe 61 wurde mit 30 Pfund (13,63 kg) Schleifkorn (120er Korngröße 32A Aluminiumoxid-Korn, bezogen von Saint-Gobain Ceramics and Plastics, Inc.) und 1,91 Pfund (0,87 kg) Bindungsmaterial A hergestellt (was 6,36 Gew.-% Bindungsmaterial in dem gesinterten Agglomerat ergab). Das Bindungsmaterial wurde vor der Zugabe zu dem Korn in Wasser dispergiert (0,9 Pfund; 0,41 kg). Die Agglomerate hatten eine mittlere Größe von 260 Mikron und eine lose Packdichte (LPS) von 1,13 g/cc.

Eine kommerziell erhältliche Vergleichsschleifscheibe wurde in diesem Test mit den Scheiben der Erfindung verglichen. Die Vergleichsscheibe hatte dieselben Größenabmessungen und war aus demselben Schleifkorn hergestellt, aber ohne 80

Agglomerate. Die Vergleichsscheibe war als 32A120-LVFL gekennzeichnet und bezogen von Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA, USA.

Zur Herstellung der Prüfschleifscheibe wurden die Agglomerate zusammen mit einer pulverisierten keramischen BindungsZusammensetzung und Flüssigbinder 3 in ein Mischgerät gegeben, um eine Mischung herzustellen. Die Scheiben wurden dann entsprechend den aus dem Stand der Technik bekannten, kommerziellen Techniken zur Herstellung von Schleifscheiben aus dieser Mischung gepresst, getrocknet, bis zu einer maximalen Temperatur von 900° C gebrannt, sortiert, beschichtet, gewogen und inspiziert.

Die Schleifscheiben waren Scheiben von Typ 1A mit einer fertigen Größe von 1,8 X 1,0 X 0,63 Zoll (4,57 X 2,54 X 1,60 cm). Die Zusammensetzung und Kennzeichen der Prüf- und Vergleichsscheiben sind unten in Tabelle 10-1 aufgeführt.

Tabelle 10-1 Schleifscheiben

Probe Scheibenzusammens Hart Dich Elasti etzung e- te zitäts grad nach modul Agglom. Bind.c der dem GPa Porosität Sehe Bren Vol. o. O Vol.-% ibe nen Vol. - o 0 g/cc Prüfsche ibe 32A120 48 10.26 41.74 L 2,08 42,1 Vergleic Kor Bind. Poros hs- n Vol.- ität scheibe3' Vol 0, o Vol.- b g, • 0 o 0 32A120 52 8,11 39,89 L 2,23 50,9 LVFL 81 a) Bei 52 Vol.-% Schleifkornbestandteil enthielten die Vergleichsscheiben einen größeren Vol.-Prozentanteil an Korn als die Scheiben der Erfindung, die 48 Vol.-% einer Mischung aus Kornagglomerat mit Bindungsmaterial enthielten. Nach Abzug des Prozentanteils an Bindungsmaterial, enthielt die Prüfscheibe nur 43,4 Vol.-% Korn, 8,6 Vol.-% weniger Korn als die Standard-Vergleichsscheibe derselben Härte. b) Eine Schleifkorn-Korngröße von 120 entspricht 142 Mikron. c) Die Werte der Vol.-% Bindungsmaterial berücksichtigen nicht die auf den Körnern zur Herstellung der Agglomerate verwendeten Vol.-% an Bindungsmaterial. Der Wert Vol.-% Bindungsmaterial gibt nur die Materialien wieder, die zur Herstellung der Schleifscheiben zugegeben wurden

Schleifscheiben, die in Tabelle 10-1 beschrieben sind, wurden in einem Innendurchmesser (ID)-Schleiftest geprüft. Die Parameter für den ID-Schleiftest wurden so eingestellt, dass sie die folgenden Schleifbedingungen ergaben.

Schleifbedinaungen:

Maschine: Okuma ID-Schleifer

Modus: Nasser-ID-Schliff, Schleifbewegung auf und ab Scheibengeschwindigkeit: 18000 Umdrehungen pro Minute Arbeitsgeschwindigkeit: 600 Umdrehungen pro Minute Kühlmittel: Master Chemical Trim E210, 5% in entionisiertem

Quellwasser

Werkstückmaterial: 52100 Stahl Rc 60 Härte

Ringe: 2,225 X 0,50 Zoll (5,65 X 1,28 cm)

Schleifmodus: Einpunktrotationsdiamant Schleifverhältnis: 0,650 Schleifführung: 0,304 mm/Umdrehung

Bei diesen Tests wurden drei Reihen von Schleifvorgängen bei konstanter Vorschubrate und fünf Schleifdurchgängen pro Reihe durchgeführt. Die Vorschubrate legt ein Sollzeitspanvolumen für jeden Test fest. Bei ID-Schleifverfahren sind die wesentlichsten Parameter der G- 82

Quotient (Zeitspanvolumen (MRR)/Scheibenabnutzungsrate (WWR)), die spezifische Energie, die erforderlich ist, um bei einem festgelegten Vorschubrate zu schleifen, und die resultierende Oberflächengüte. Die unten stehende Tabelle enthält Daten zu jedem Satz von Vorschubraten; die Daten zur Oberflächengüte repräsentieren den Wert nach dem fünften Schleifdurchgang einer jeden Reihe.

Wie in Tabelle 10-2 unten ausgeführt, zeigten die Schleiftests, dass die Leistung der agglomerathaltigen Prüfscheibe in Bezug auf den G-Quotienten (ZeitSpanvolumen (MRR)/Scheibenabnutzungsrate (WWR)), die spezifische Schleifenergie und die Oberflächengüte vergleichbar mit der Vergleichsscheibe oder sogar besser als diese war. Diese Ergebnisse sind angesichts des wesentlich geringeren Volumenanteils an Schleifkorn in der Prüfscheibe erstaunlich. Bei normalen Scheibenstrukturen sind die Vol.-% an Schleifkorn die wichtigste Variable bei der Bestimmung des G-Quotienten. In Abwesenheit anderer Variablen ergibt ein höherer Korngehalt einen proportional höheren G-Quotienten. Eine Verringerung des prozentualen Volumenanteils an Korn, die erforderlich ist, um denselben oder einen besseren G-Quotienten zu erreichen, stellt eine signifikante, technische Verbesserung des Schleifwerkzeugs dar.

Tabelle 10-2 Schleiftestergebnisse

Probesch eibe Radiale Vorschu b-rate mm/min MRR mm3/s, mm G- Quotienta WWR /MRR Spezif ische Schlei f- energi e J/mm3 Oberf lache ngüte Ra Vergleic hs- scheibe 32A120 1,10 3,25 50,5 52,1 0,72 83 LVFL 1,83 2,54 5,45 7,66 59.4 42.5 49,4 49,1 0,84 1,19 Prüfsche ibe 32A120 1,10 1,83 2,54 3,25 5, 45 7,66 65.8 (78.8) 55,0 (65.9) 42.9 (51,4) 52,1 48,3 45,9 0,82 1,02 1,18 a. Der in Klammern für die Prüfscheibe angegebene G-Quotient ist ein Wert, der an den kleineren, prozentualen Volumenanteil an Schleifkorn in der Prüfscheibe angepasst wurde. Anders ausgedrückt, beträgt der prozentuale Volumenanteil an Korn in den Prüfscheiben nur 83,46 % des prozentualen Volumenanteils an Korn in den Vergleichsscheiben. Die in Klammern gezeigten Werte für den G-Quotienten der Prüfscheibe wurden daher gegenüber den Vol.-% an Korn der Vergleichsscheiben normalisiert, um ein Maß für die Leistung zu erhalten, das auf dem gesamtem Verbrauch an Schleifkörn beruht.

Beispiel 11

Das agglomerierte Schleifkörn der Erfindung wurde verwendet, um große Schleifscheiben herzustellen, um die Durchführbarkeit der Herstellung solcher Scheiben ohne die Verwendung zusätzlicher Porenauslöser und die Verwendung solcher Scheiben beim Kriechgangschleifen zu bestätigen.

Das agglomerierte Schleifkörn (Probe 62) wurde in dem Drehkalzinierungsapparat mit einer Siliciumkarbidröhre, beschrieben in Beispiel 1 und veranschaulicht in Figur 1, hergestellt. Der Agglomerationsvorgang wurde unter atmosphärischen Bedingungen bei 1.350° C mit einer Rotationsrate der Apparatröhre von 9 Umdrehungen pro Minute, 84 einem Neigungswinkel der Röhre von 3 Grad und einer Einspeisungsrate von 6-10 kg/Stunde durchgeführt.

Das Schleifkornagglomerat-Probe 62 wurde hergestellt aus einer 50/50-Mischung von 32A- und 38A-Aluminiumoxid-Schleifkorn, beide mit 60er Korngröße (dasselbe Korn wie in Beispiel 1 und 6), 5,0 Gew.-% Bindungsmaterial E (auf der Basis des Gewichts des Schleifkorns) und 2,5 Gew.-% Binder 3 (50/50-Mischung nach Gewicht in Wasser auf der Basis des Gewichts des Schleifkorns).

Nach der Agglomeration in dem Drehkalzinierungsapparat wurden die agglomerierten Schleifkornproben gesiebt und nach den oben beschriebenen Verfahren auf lose Packdichte (LPD) und andere Eigenschaften getestet. Der Ertrag an verwendbaren frei fließenden Granula (definiert als -12 Mesh to Pan) lag bei 74,1 % des Gesamtgewichts des Rohmaterials vor der Kalzinierung. Die LPD des Agglomerats war 1,14 g/cc und die relative Dichte war 30,0 %.

Diese gesinterten Agglomerate wurden verwendet, um relativ große (z.B. mit einem Durchmesser von 20 Zoll (50,8 cm)) Schleifscheiben für Kriechgangschliff herzustellen. Vergleichsscheiben dieser Größe sind normalerweise aus Blasen-Aluminiumoxid oder anderen festen Porenauslösern oder geschlossenzelligen Porenauslösern als Hilfsstoffe zur Versteifung der Struktur und Verhinderung einer Scheibenverformung durch Erweichung während des Brennens beim Schmelzen und Fließen der keramischen Bindung hergestellt. Blasen-Aluminiumoxid ist zum Verhindern einer Erweichung besonders geeignet, aber seine Schleifleistung ist nicht wünschenswert, da es geschlossenzellige Porosität erzeugt.

Um die Prüfschleifscheiben herzustellen, wurden die Agglomerate zusammen mit einer pulverisierten, keramischen Bindungszusammensetzung (entsprechend Bindungsmaterial C aus 85

Tabelle 2) und Flüssigbinder 3 in ein Mischgerät gegeben, um eine Mischung herzustellen. Die Scheiben wurden dann nach aus dem Stand der Technik bekannten Techniken zur Herstellung von kommerziellen Schleifscheiben aus dieser Mischung gepresst, getrocknet, bis zu einer maximalen Temperatur von 900° C gebrannt, sortiert, beschichtet, gewogen und inspiziert. Die gebrannten Scheiben wurden dann mit einer Größe von 20 X 1 X 8 Zoll (50,8 x 2,5 x 20,3 cm) fertig gestellt. Während des Brennens der Scheiben wurde ein mäßiger, aber kommerziell annehmbarer Grad an Erweichung der Prüfscheiben beobachtet.

Die Scheiben waren so konzipiert, dass ihre Zusammensetzung in Volumenprozent und Dichte denen kommerziell erhältlicher Schleifscheiben mit einem Standardscheibenhärtegrad zwischen Grad C und D der Härtegradskala der Norton Company entsprach.

Die Kennzeichen der fertigen Prüf- und Vergleichsschleifscheiben sind unten in Tabelle 11-1 beschrieben. Obgleich die Prozentanteile und Dichte der Scheibenzusammensetzung Scheiben mit gleichen Scheibenhärtewerten vorausgesagt hätte, bestätigte der Elastizitätsmodul, dass die Prüfscheiben einen weicheren Härtegrad hatten als die Vergleichsscheiben. Die Luftdurchlässigkeitswerte zeigen, dass die Porosität der Prüfscheibe gegenüber der der Vergleichsscheibe eine Porosität mit einer offenen Durchlässigkeit war, welche den freien Fluss von Kühlmittel in die Scheibe und einfache Entfernung von Schleifabrieb von der Schleiffläche der Scheibe erlaubte. 86 -

Tabelle 11-1 Schleifscheiben

Probesche ibe Scheibenzusammense tzung Agglom. Bind. Porosität Vol.-% Vol.-% Vol.-% Relat ive Luftd urchl ässig keitb Dich te nach dem Bren nen g/cc Elasti zitäts modul d/ cm2xl O10 Prüfschei 36,0 7,03 56,97 74,9 1,52 10,24 be 0 Agglomera t 62 Vergleich Korn Bind Poros s-scheibe Vol. ität o o Vol. 0. — 'o Vol.- o. o 32A605- 36,0 5,50 58,50 46,2 1,52 14,01 D28VCF2 0 a) Bei 36,0 Vol.-% Schleifkornbestandteil enthielten die Vergleichsscheiben einen größeren Vol.-Prozentanteil Schleifkörn (d.h. etwa 1-2 Vol.-% mehr) als die Scheiben der Erfindung, die eine Mischung aus 36,0 Vol.-% einer Kombination aus Kornagglomerat und Bindungsmaterial enthielten. b) Die Durchlässigkeit für Luft (Fluida) wurde nach den in US Pat. Nr. 5,738,696 und 5,738,697, erteilt an Norton Company, offenbarten Verfahren gemessen. Die relativen Luftdurchlässigkeitswerte sind ausgedrückt in cc/Sekunde/Zoll an Wassereinheiten.

Die Scheiben wurden in einem Kriechgangschleifverfahren, beschrieben in Beispiel 7, zusammen mit der in Tabelle 11-2 beschriebenen Vergleichsschleifscheibe für Kriechgangschliff getestet. Die Vergleichsscheibe war ein kommerziell von Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA, USA erhältliches Standardprodukt. Es hatte dieselben 87

Größenabmessungen und war auch ansonsten vergleichbar mit den Prüfscheiben, war aber aus Blasen-Aluminiumoxid-Füllmittel und ohne Schleifkornagglomerate hergestellt worden.

Tabelle 11-2 Schleiftestergebnisse

Probesche ibe Tischg eschwi ndigke it ram/s MRR mm3/s, mm Spezifi sehe Energie J/mm3 Vergleich 2,1 6,7 56,6 sscheibe 3,2 10,0 47,0 5,3 16,5 39,2 Prüfschei 2,1 6,7 55,7 be 3,2 O Ό i—1 46,5 5,3 16,7 o o

Diese Ergebnisse zeigen die Durchführbarkeit der Herstellung und Verwendung einer Kriechgangschleifscheibe der getesteten Abmessungen ohne die Verwendung eines Füllmaterials mit geschlossener Porosität, wie beispielsweise Blasen-Aluminiumoxid.

Beispiel 12

Die Größenverteilung der Agglomerate wurde vor und nach dem Pressformen der Schleifscheiben der Erfindung verglichen, um die Integrität und Festigkeit der Agglomerate bei Schleifscheibenherstellungsprozessen zu vergleichen. Die Größenverteilung der Agglomerate wurde dann mit der Schleifkorngrößenverteilung des zur Herstellung der Agglomerate verwendeten Korns verglichen, um zu bestätigen, dass die Agglomerate nach dem Pressformen der Schleifscheiben immer noch eine Vielzahl von Schleifkörnern 88 umfassten.

Es wurden Agglomerate (Probe-Nr. 63, 64, 65) wie in Beispiel 2 beschrieben hergestellt, außer, dass die Temperatur konstant bei 1200° C (für Probe 63 und 64) oder bei 1300° C (Probe 65) gehalten wurde. Darüber hinaus wurde ein Drehkalzinierungsapparat (Modell Bartlett-SnowTM), hergestellt von Aistom Power, Naperville, IL, ausgestattet mit einer proprietären Metalllegierungsröhre für hohe Temperaturen mit einer Länge von 120 Zoll (305 cm), einem Innendurchmesser von 6,5 Zoll (16,5 cm), einer heizbaren Länge von 72 Zoll (183 cm) mit vier Temperaturkontrollzonen verwendet. Der Agglomerationsvorgang wurde unter atmosphärischen Bedingungen bei 1.350° C mit einer Rotationsrate der Apparatröhre von 9 Umdrehungen pro Minute, einem Neigungswinkel der Röhre von 2,5 Grad und einer Einspeisungsrate von 10-14 kg/Stunde durchgeführt. Der verwendete Apparat war im Wesentlichen identisch zu dem in Figur 1 dargestellten Apparat.

Agglomeratproben 63, 64 und 65 wurden mit Schleifkörnern, bezogen von Saint-Gobain Ceramics and Plastics, Inc., und verschiedenen Bindungsmaterialien wie in Tabelle 12-1 unten beschrieben hergestellt.

Tabelle 12-1 Agglomeratzusammensetzungen

Proben -Nr. Schleifkörn Gew.-% Mischung Korngröße Korntyp Bindun gsmate rial Gew.—% Bindun gsmate rial 63 70/30 Gew.-% 46er Korngröße 86A Aluminiumoxid/ 46er Korngröße Norton SG© Sol-Gel-Aluminiumoxid C 4,5 64 50/50 Gew.-% C 4,5 89 46er Korngröße 38A Aluminiumoxid/ 46er Korngröße Norton SG® Sol-Gel-AI uminiumoxid 65 46er Korngröße 55A Aluminiumoxid A 4,5

Prüfscheiben wurden gemischt und zu der in Beispiel 10 beschriebenen Größe und Form gepresst, wobei eine pulverisierte keramische Bindungszusammensetzung und Flüssigbinder 3 verwendet wurden. Die für Agglomerate 63 und 64 enthaltende Scheiben verwendete BindungsZusammensetzung entsprach Bindungsmaterial C und entsprach dem in Tabelle 2 beschriebenen Bindungsmaterial E für Agglomerat 65 enthaltende Scheiben. Die Vol.-% an Agglomeraten, Bindungsmittel und Porosität sind in Tabelle 12-2 unten beschrieben.

Nach dem Pressen der Scheiben unter Druck, um eine ungesinterte Scheibe zu erhalten, und vor dem Brennen dieser gepressten Scheiben wurden die Scheibenbindungsmaterialien aus der Struktur der ungesinterten Scheibe unter fließendem Wasser ausgewaschen und die Agglomerate und das Schleifkorn wiedergewonnen. Die Größe der wiedergewonnenen Agglomerate und des Korns wurde bestimmt, indem diese durch eine Reihe von Sieben mit US-Siebgröße gesiebt wurden und bei jedem Sieb der Gewichtsanteil gemessen wurde. Die Ergebnisse für Scheiben, die zu drei verschiedene Spezifikationen hergestellt wurden, sind in Tabelle 12-2 unten gezeigt. 90

Tabelle 12-2 Größenverteilung von Agglomeraten nach dem Pressen der Scheiben

Probes cheibe Vol 0, • "* O Agg 1. Vol 0, • *” O Bin d. Vol 0. • 0 Por en Mitt lere Anfa ngsk orng röße gm Mittl Anfan gsagg lom. -Größe gm Anfang sgröße nverte ilung der Agglom Bereic h gm Mittle re Agglom Größe nach dem Presse n & Wasche n gm Größen vertei lung der gepres sten Agglom Bereic h gm 12-1 40 11, 48, 355 998 500- 824 355- 55 45 1700 1200 12-2 40 11, 48, 355 920 500- 767 355- 55 45 1700 1200 12-3 40 8,5 51, 355 1035 500- 863 355- 50 1700 1200

Die Daten von Tabelle 12-2 zeigen durch die mittleren Abmessungen der gesinterten Agglomerate (vor und nach der Verarbeitung), dass eine Vielzahl von Schleifkörnern in den gesinterten Agglomeraten zurückgehalten wurden, nachdem sie geformt wurden, um eine Schleifscheibe zu bilden. Während die Anfangsgröße der Agglomerate um einen geringen Prozentsatz verringert wurde (z.B. ein Abfall von 998 auf 824 gm bzw. eine 17%ige Verringerung für Probe 12-1) , hatte die Mehrzahl der Agglomerate ihre Anfangsgröße beibehalten.

Die Verteilung der Gewichtsanteile nach dem Sieben einer jeden Probe ist in den Tabellen 12-2a, 12-2b und 12-2c unten für Probe 12-1, 12-2 und 12-3 respektiv gezeigt. 91

Tabelle 12-2a: Partikelgrößenverteilung für Probe 12-1

Sieb Nr. ASTM-E Sieb Nr. ISO 565 Gew.-% auf dem Sieb Größe der Öffnun g pm Anfangskor ngrößenver teilung Anfangsaggl omeratgröße nverteilung Agglomeratgr ößenverteilu ng nach dem Pressen 70 212 0 60 250 5 50 300 28 45 355 53 5,7 40 425 14 2,9 35 500 1/1 6,0 30 600 0 3,4 11,1 25 725 8,7 15,8 20 850 18,2 21,2 18 1000 29, 0 20,9 16 1180 37,9 16,5 -107+12 1700 0, 9 0

Die Daten in Tabelle 12-2a zeigen, dass die größten Einzelkörner in der Anfangsgrößenverteilung der Kornprobe eine Größe von 425 pm haben. Die Daten zur Agglomeratprobengrößenverteilung zu Beginn zeigen, dass alle Agglomerate größer sind als 425 pm. Nach dem Pressen und Waschen sind die zurückgehaltenen, gepressten Agglomerate alle größer als 300 pm, und 91,4 Gew.-% der Agglomerate sind größer als das größte Einzelkorn (425 pm) , was den Rückhalt einer Vielzahl von Körnern in den gesinterten Agglomeraten nach dem Pressen einer Schleifscheibe umfassend .....bestätigt. 92

Tabelle 12-2b: Partikelgrößenverteilung für Probe 12-2

Sieb Nr. ASTM-E Sieb Nr. ISO 565 Gew.-% auf dem Sieb Größe der Öffnun g pm Anfangskor ngrößenver teilung Anfangsaggl omeratgröße nverteilung Agglomeratgr ößenverteilu ng nach dem Pressen 70 212 0 60 250 5 50 300 28 0 45 355 53 0 6,3 40 425 14 0,2 2,3 35 500 1,0 6,2 30 600 0 5,4 14,1 25 725 15,1 21,9 20 850 28,3 25,8 18 1000 31,2 17,3 16 1180 18,8 6,0 -10/+12 1700 0 0

Die Daten in Tabelle 12-2b zeigen, dass die größten Einzelkörner in der Anfangsgrößenverteilung der Kornprobe eine Größe von 425 pm haben. Die Daten zur Agglomeratprobengrößenverteilung zu Beginn zeigen, dass 99,8 Gew.-% der Agglomerate größer sind als 425 pm. Nach dem Pressen und Waschen sind die zurückgehaltenen, gepressten Agglomerate alle größer als 300 pm, und 91,4 Gew.-% der Agglomerate sind größer als das größte Einzelkorn (425 pm), was den Rückhalt einer Vielzahl von Körnern nach dem Pressen bestätigt. 93

Tabelle 12-2c: Partikelgrößenverteilung für Probe 12-3

Sieb Nr. ASTM-E Sieb Nr. ISO 565 Gew.-% auf dem Sieb Größe der Öffnun g gm Anfangskor ngrößenver teilung Anfangsaggl omeratgroße nverteilung Agglomeratgrö ßenverteilung nach dem Pressen 70 212 0 60 250 5 50 300 28 0 45 355 53 0 7,2 40 425 14 2,5 2,9 35 500 1,3 5,1 30 600 0 2,7 8,5 25 725 5,8 00 rH \—1 20 850 12,3 17,2 18 1000 24,3 21,5 16 1180 \—1 Oh 25,8 -10/+12 1700 1,9 0

Die Daten in Tabelle 12-2c zeigen, dass die größten Einzelkörner in der Anfangsgrößenverteilung der Kornprobe eine Größe von 425 gm haben. Die Daten zur Agglomeratprobengröße zu Beginn zeigen, dass 97,5 Gew.-% der Agglomerate größer sind als 425 gm. Nach dem Pressen und Waschen sind die zurückgehaltenen, gepressten Agglomerate alle größer als 300 μπι, und 89,9 Gew.-% der Agglomerate sind größer als das größte Einzelkorn (425 gm) , was den Rückhalt einer Vielzahl von Körnern nach dem Pressen bestätigt.

Diese Ergebnisse zeigen, dass erfindungsgemäß hergestellte Agglomerate ausreichende Festigkeit haben, um Press- und Umgangsverfahren mit kommerziell erhältlichen 94

Schleifscheiben zu widerstehen. Die in der gepressten Scheibe vorhandenen Schleifkörner behalten eine dreidimensionale Struktur bei, die kennzeichnend für die Anfangsschleifkornagglomerate ist. Ein großer Prozentanteil (d.h. mindestens 85 Gew.-%) der Agglomerate behalten eine Vielzahl von in einer dreidimensionalen Form gehaltenen Schleifkörnern von etwa derselben Größe wie die Anfangsgröße der gesinterten Agglomerate nach der Verarbeitung und dem Pressen bei.

Beispiel 13

Die Strukturen der Schleifscheiben, die mit den Aggiomeraten der Erfindung hergestellten hergestellt sind, wurden unter einem Rasterelektronenmikroskop mit den Strukturen von Vergleichsscheiben verglichen. Die Vergleichsscheiben waren ohne die Agglomerate hergestellt, umfassten aber dasselbe Schleifkorn- und Bindungsmaterial in denselben prozentualen Volumenanteilen von Korn, Bindung und Porosität wie die Schleifscheiben der Erfindung.

Es wurden Agglomerate (Probe-Nr. 66) wie in Beispiel 10 beschrieben hergestellt, außer, dass die Temperatur konstant bei 1150° C gehalten wurde.

Agglomeratprobe 66 wurde mit 150 Pfund (68,04 kg) Schleifkorn (80er Korngröße 32A Aluminiumoxid-Korn, bezogen von Saint-Gobain Ceramics and Plastics, Inc.) und 10,23 Pfund (4,64 kg) Bindungsmaterial C hergestellt (was 6,82 Gew.-% Bindungsmaterial in dem gesinterten Agglomerat ergab) . Das Bindungsmaterial wurde vor der Zugabe zu dem Korn in Binder 3 (3,75 Pfund; 1,701 kg) dispergiert.

Aus Agglomeratprobe 66 wurden wie in Beispiel 10 beschrieben Prüfscheiben hergestellt. Als Vergleich wurden kommerziell erhältliche Vergleichsscheiben der Kennzeichnung 32A80L8VFL, bezogen von Saint-Gobain Abrasives, Inc., ausgewählt. 95

Bei einer Vergrößerung von 40x wurde eine Fotografie eines Querschnitts einer jeden Scheibe gemacht. Diese Fotografien sind in Figur 2 (Prüf scheibe mit Agglomeraten) und 3 (Vergleichsscheibe ohne Agglomerate) gezeigt. Es ist zu sehen, dass die Agglomerate und die Poren unregelmäßig und zufällig geformt sind und eine zufällige Größe haben. Die Vergleichsscheibe hat eine viel geordnetere und regelmäßigere Struktur. In den mit den Agglomeraten hergestellten Scheiben sind zwei Typen von Poren zu beobachten: Intra-Agglomeratporen und größere Inter-Agglomeratporen, die als einzelne Kanäle zwischen Agglomeraten erscheinen. In der Durchlässigkeitstestung der Prüfscheiben wurde festgestellt, dass die Inter-Agglomeratporen vernetzt sind und die gesamte Scheibe gegenüber Fluida durchlässig machen. Die Schleifscheiben der Erfindung zeigen daher eine Porosität, die einen großen Anteil an vernetzter Porosität (d.h. mindestens 30 Vol.-% vernetzte Porosität) und vorzugsweise eine bimoaale Porositätsverteilung umfasst. Die Schleifscheiben der Erfindung sind durch eine viel offenere Verbundstruktur als herkömmliche Schleifscheiben gekennzeichnet.

Wie aus Figur 2 und 3 beobachtet werden kann, ist die maximale Abmessung der Inter-Agglomeratporen etwa 2-20 Mal größer als die maximale Abmessung der Intra-Agglomeratporen. Das genaue Verhältnis der Porengröße richtet sich nach der Zusammensetzung der Scheiben. Das Verhältnis von 2-20 gilt für solche Scheiben, die mit einem Bereich von etwa 8-10 Volumenprozent Bindung und einer mittleren Schleifkorngröße von etwa 260 Mikron hergestellt sind. Im Allgemeinen werden bei den Schleifscheiben der Erfindung die Intra-Agglomeratporen kleiner, wenn der prozentuale Volumenanteil der Bindung aus diesem Bereich steigt, aber die Inter-Agglomeratporen behalten eine maximale Abmessung bei, die ungefähr äquivalent ist zu der maximalen Abmessung des in den Agglomeraten verwendeten Schleifkorns. Mit Abnahme des 96 prozentualen Volumenanteils an Bindung aus diesem Bereich werden die Intra-Agglomeratporen relativ dazu größer, aber die Inter-Agglomeratporen behalten eine maximale Abmessung bei, die ungefähr äquivalent ist zu der maximalen Abmessung des in den Agglomeraten verwendeten Schleifkorns.

Bei weiteren mikroskopischen Untersuchungen der mit Agglomeraten, besonders mit Agglomeraten mit mindestens 6 Gew.-% Bindungsmaterial, hergestellten Scheiben wurde beobachtet, dass eine Erhöhung des prozentualen Gewichtsanteils von zugefügtem Bindungsmaterial zu einer Scheibenstruktur mit viel kleiner Intra-Agglomeratproben führt. Beispielsweise kann bei einem höheren prozentualen Gewichtsanteil an Bindungsmaterial und einem höheren Vol.-% an Bindung das Größenverhältnis bei den Inter-Agglomeratporen etwa 20-200 Mal größer sein als bei den Intra-Agglomeratporen. Es wird angenommen, dass das den Agglomeraten hinzugefügte Bindungsmaterial während des Mischens, des Pressformens und der thermalen Verarbeitung der Scheiben in den interstitiellen Bereich der Agglomerate gezogen wird, wodurch es zu einer Verengung oder einem Abschluss eines Teils der Intra-Agglomerat-Porosität kommt, was möglicherweise einen Verlust der Verteilung an bimodalen Poren verursacht.

Beispiel 14

Gesinterte Agglomerate wurden durch ein Batch-Ofen-Verfahren aus den in Tabelle 14-1 beschriebenen Materialien hergestellt. Das Schleifkörn war 38A Aluminiumoxid-Schleifkorn mit einer Korngröße von 100 (0,173 mm), das von

Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcester, MA, bezogen wurde.

Tabelle 14-1. Gesinterte Agglomeratzusammensetzung

Gew.-% der Gew.-% des Materialien vorgebrannten Agglomerats 97

Mischung Bindungsmaterial A 2,85 3,0 Binder 1,46 o o Walnussschalen partikel 4,34 0,0 38A Schleifkorn 91.35 97.0 Gesamt 100,00 100,0

In dem ersten Schritt der Bildung der Agglomeratpartikel wurden das Schleifkorn und die Walnussschalenpartikel in einem Hobart® Mischgerät (Labormodell N-50) gemischt. Diese Mischung wurde dann mit einer wirksamen Menge an organischem Flüssigbinder (einer Mischung aus 40 Gew.-% flüssigem Tierkleber, 30 Gew.-% pulverisierter Maleinsäure und 30-Gew.~% Wasser) benässt, damit sich das Bindungsmaterialpulver an das Korn anlagert. Nach dem Benässen dieser Partikel wurde eine Pulvermischung mit den Bindungsmaterialbestandteilen (eine keramische Bindungszusammensetzung mit der oben gezeigten gebrannten Zusammensetzung als „Bindungsmaterial A") zugegeben und gemischt. Das an die benässten Partikel angelagerte Bindungsmaterial und diese Mischung wurden dann lose über eine keramische Brennplatte gesprüht.

Die Mischung wurde vier Stunden lang in einem elektrischen Ofen bei 1230° C gebrannt. Nach dem Brennen wurden die gesinterten Agglomerate aus der gebrannten Mischung erhalten, indem die Mischung in einem Mörser mit einem Stößel zerdrückt wurde. Die gesinterten Agglomerate wurden mit ÜS-Standardtestsieben, die auf einem Vibrationssiebapparat (Ro-Tap; Model RX-29; W.S. Tyler Inc. Mentor, OH) angebracht waren, in drei Größen abgemessen. Die lose Packdichte der gesinterten Agglomerate (LPD) wurde mit dem American-National-Standard-Verfahren für die Raumdichte von Schleifkörnern gemessen. 98

Nach dem Größenabmessungsprozess hatten die gesinterten Agglomerate dreidimensionale Formen (die zwischen dreieckigen, kubischen, rechteckigen und verschiedenen anderen, geometrischen Formen variierten) und hatten die in Tabelle 14-2 gezeigte Größe und LPD.

Tabelle 14-2. Nach Größe abgemessene, gesinterte Agglomerate

Gesinterte Auclomerat- probe Kornaröße Unaefähre Größe in mm LPD a/cc (FF. PA) 14-1 -40/+50 Mesh (300-425 m) 1,12 (46) 0,300-0,425 14-2 -50/+60 (250-300 __m) 1,33 (54-60) 0,250-0,300 14-33 -30/+40 (425-600 m) 0,94 (36) 0,425-0,600

Durch leichte Abwandlung dieses Prozesses wurden weitere Agglomerate hergestellt. Die Variationen umfassten die Folgenden. Die vorbereitete Mischung wurde nass durch

Kastensiebe (Siebmaß 8 bis 12 Mesh) auf Wannen gesiebt. Das gesiebte Material wurde dann luft- oder ofengetrocknet. Das Material wurde in Keramikplatten geladen. Die das Material enthaltenden Keramikplatten wurden in periodisch arbeitenden Öfen oder Tunnelöfen unter Brennbedingungen im Bereich von 1225 bis 1280 Grad Celsius für eine Dauer im Bereich von 60 bis 360 Minuten gebrannt. Das gebrannte Material wurde aus den Keramikplatten herausgenommen und durch eine

Rollquetschvorrichtung verarbeitet, um das Material in Agglomerate aufzuteilen.

Das zerdrückte Material wurde mithilfe eines Ro-Tap-Apparates in den gewünschten Größenbereich abgemessen. Schleifscheiben 99

Die fertigen Scheiben hatten eine Größe von 3,0 x 0,525 x 1,25 Zoll (7,6 x 1,34 x 3,2 cm). Die Zusammensetzung der Scheiben (Vol.-% der gebrannten Scheiben), Dichte, Luftdurchlässigkeit und Moduleigenschaften der Scheiben sind in Tabelle 14-3 beschrieben. - 100 -

Tabelle 14-3. Schleifscheiben

Probesc heibe (Agglom erat- Probea) Bsp. 1 Aggl om. Vol. o. “ *5 Bind. Vol.- 0, o Bind. B Poros ität Vol.- o, 0 Relati ve Luftdu rchläs sigkei tb Dich te nach dem Bren nen g/cc Elasti zitäts modul d/cm2xl O10 Gra d 14-1 36 6,4 57,6 n/a 1,57 7 14,3 D 14-2 36 6,4 57,6 51,0 1,67 3 20,7 F 14-3 40 6,4 53,6 n/a 1,83 1 28,4 H Verglei chsprob e 14-C1 0.0 (Kor n= 36 Vol. -%) 5,5 58,5 28,5 1,56 4 12,9 D a. Agglomerate enthielten 97 Gew.-% 100er Korngröße 38A Aluminiumoxidkorn und 3 Gew.-% Bindungsmaterial A und wurden auf eine Partikelgröße von -40/+60 Mesh (250 bis 425 _m) gesiebt. b. Die Durchlässigkeit für Luft (Fluida) wurde nach den in US Pat. Nr. 5,738,696 und 5,738,697, erteilt an Norton Company, offenbarten Testverfahren gemessen. Die relativen Luftdurchlässigkeitswerte sind ausgedrückt in cc/Sekunde/Zoll Wassereinheiten (auf dem Apparat wurde eine Düse der Größe 2,2 verwendet). c. Bei 36,0 Vol.-% Schleifkornbestandteil enthielten die Vergleichsscheiben einen größeren Vol.-Prozentanteil Schleif körn (d.h. etwa 1-3 Vol.-% mehr) als die Prüfscheiben, die eine Mischung aus 36-40 Vol.-% Kornagglomerat, Bindungsmaterial und Intra-Agglomerat-Porosität enthielten. 101

Die für die Probescheiben 1, 2 und 3 der Erfindung verwendete Bindung war ein keramisches Bindungsmaterial mit der gebrannten, molaren Zusammensetzung von Bindungsmaterial B aus Tabelle 2 oben. Die in der Vergleichsprobenscheibe verwendete Bindung hatte die gebrannte, molare Zusammensetzung von Bindungsmaterial A aus Tabelle 2.

Die gesinterten Agglomerate und die Bindungsmischung von Probe 1, 2 und 3 der Erfindung wurden in einem Hobart-Mischgerät trocken vermischt, in Pressformen gefüllt, kalt gepresst und bei einer maximalen Temperatur von 735° C 4 Stunden lang gebrannt, um die Schleifscheibe zu formen.

Die Vergleichsprobenscheibe wurde hergestellt, indem die keramischen Bindungsbestandteile mit dem Schleifkorn in einem Hobart Mischgerät gemischt wurden. Das in der Vergleichsprobe verwendete Schleifkorn war ein 38A Aluminiumoxidkorn, 100er Korngröße (125 pm), bezogen von Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcester, MA. Nach dem Mischen wurde die Mischung formgepresst, gepresst und bei 1230° C 4 Stunden lang gebrannt, um die Schleifscheibe zu formen.

Schleiftest 14-Ä

Die Scheiben der Erfindung und die Vergleichsscheiben wurden in einem Innendurchmesser-Kriechgangschleiftest unter den folgenden Bedingungen geprüft:

Schleifbedincrunaen:

Maschine: Heald CF, AD/ID Schleifer Modus: Innendurchmesser (ID)-Kriechgangschliff Scheibengeschwindigkeit: 6.319 Umdrehungen pro Minute; 4.968 Oberflächenfuß pro Minute (25 M/Sek.)

Arbeitsgeschwindigkeit: 20 Umdrehungen pro Minute Schleifmodus: ID-Schleifbewegung auf und ab Vorschubrate: 0,025 Zoll (0,64 mm)/0,050 Zoll (1,27 mm) im Durchmesser 102 Kühlmittel: Trim E210, 5 % Verhältnis mit entionisiertem Quellwasser, 9 Gal/Min (34 1/Min)

Werkstückmaterial: 52100 Stahl 4 Zoll (10,2 cm) ID x 0,250 Zoll (1 cm), Rc-62,0 Härte

Drehschliff: AX1440, Komp. 0,0005 Zoll, 0,005 Zoll Führung, 2600 Umdrehungen pro Minute

In diesen Schleifdurchgängen wurden die maximalen Zeitspanvolumina (MRR) bei Beginn des Auftretens einer

Brandspur des Werkstücks (oder bei Beginn eines Fehlers der Scheibe) gemessen und die Ergebnisse beobachtet. Die Ergebnisse dieser Schleiftests sind in Tabelle 14-4 gezeigt. 103

Tabelle 14-4. Schleiftestergebnisse

Probe MRR mm3 /s, mm G- Quotient MRR/WWR Spezifisc he Energie W. s/mm3 Schleifba rkeit mm3/W. s Vergleich sscheibe 1.288 81,0 40 2, 03 2.482 40,4 67 0, 60 4.544 24,3 113 0,22 Max. MRR 5.662 2,9 123 0,02 14-1 1.247 90,9 42 2,16 2.534 85, 5 69 1,24 4.870 37,3 110 0,34 Max. MRR 6.680 5,7 145 0,04 14-2 Scheibe 2.554 113,7 69 1,65 4.921 76,1 131 0,58 8.061 34,1 208 0,16 Max. MRR 11.116 10, 9 265 0,04 14-3 Scheibe 2.483 122,3 78 1,57 5.111 79,4 132 0,60 8.534 34,5 265 0,13 Max. MRR 11.545 10,0 340 0,03

Die Ergebnisse zeigen, dass die erfindungsgemäß hergestellten Schleifscheiben gegenüber den am besten vergleichbaren Schleifscheiben in Bezug auf das Zeitspanvolumen überlegen waren und die überlegene Leistung keinen übermäßigen Energieverbrauch (spezifische Energie W.s/mm3) oder eine Beschädigung der Oberfläche des Werkstücks verursachte. Prüfscheiben zeigten auch Verbesserungen des G-Quotienten und des Schleifbarkeitsindex. Darüber hinaus war 104 die Korngröße des in den gesinterten Agglomeraten der

Scheiben der Erfindung verwendeten Korns kleiner als die Korngröße des in der Vergleichsscheibe verwendeten Korns. Die kleinere Korngröße ergibt einen schlechteren G-

Quotienten und Schleifbarkeitsindex, wobei alle anderen Variablen gleich waren. Die überlegene Leistung der erfindungsgemäßen Scheiben ist daher signifikant und unerwartet.

Schleiftest 14-B

Mit derselben Gruppe von Probescheiben wurde unter den folgenden Flachschliffbedingungen eine zweite Reihe von Schleifdurchgängen unter Verwendung von 4340er Stahl als Werkstück durchgeführt.

Schleifbedingunaen:

Maschine: Brown & Sharp Micr-a-size-Schleifer Modus: Kriechgang-Flachschliff

Scheibengeschwindigkeit: 6.000 Umdrehungen pro Minute Tischgeschwindigkeit: 0 Senkrechtzustellung: 1.270 mm Vorschub: 1.270 mm Kühlmittel: Trim VHPE 210, 1:20-Verhältnis mit entionisiertem Quellwasser, 9 Gal/Min. (34 1/Min.) Werkstückmaterial: 4340er Stahl; 51Rc Härte; 95,4 mm Länge; 203,2 mm Breite

Schliff: Einpunktdiamantwerkzeug, Komp. 0,025 mm,

Geschwindigkeit 254 mm/Min. 105

Tabelle 14-5 Schleiftestergebnisse (Durchschnitt aus mehreren Durchläufen)

Probe (Durchlau f) MRR mm3/s, mm G- Quotient MRR/WWR Spezifisc he Energie W. s/mm3 Schleifba rkeit mm3/W. s 14-C1 Vergleich s-scheibe 1 3.032 * 49,46 * 2 4.500 54,1 41,3 1,311 3 7.597 10,5 72,53 0,144 14-1 Scheibe 1 3.045 32,7 51, 61 0, 635 2 4.510 23,2 82,50 0,281 3 7.597 33,4 32, 00 1, 045 14-2 Scheibe 1 2.987 160,8 57,86 2,780 2 4.548 163,9 40,53 4,043 3 7.597 83,4 30,34 2,750 14-3 Scheibe 1 3.052 27,4 52,34 0,523 2 4.577 164,9 53,73 3,069 3 7.742 10,7 56,11 0,190 * G-Quotient und Schleifbarkeit konnten für diesen Durchlauf nicht gemessen werden.

Die Ergebnisse zeigen, dass die erfindungsgemäß hergestellten Schleifscheiben gegenüber den am besten vergleichbaren Schleifscheiben in Bezug auf den G-Quotienten und den Schleifbarkeitsindex überlegen waren, und die überlegene Leistung hatte keinen übermäßigen 106

Energieverbrauch (spezifische Energie W.s/mm3) oder eine Beschädigung der Oberfläche des Werkstücks zur Folge.

Beispiel 15

Aus den nach dem Verfahren von Beispiel 14 hergestellten, gesinterten Agglomeraten wurden weitere Schleifscheiben hergestellt, außer, dass in den gesinterten Agglomeratproben unterschiedliche Typen von Schleifkörnern und Bindungsmaterial verwendet wurden. Die Zusammensetzungen der Agglomerate und der Schleifscheiben sind in Tabelle 15-1 ausgeführt. In den Scheiben der Erfindung waren die keramischen Bindungsmaterialien ausgewählt, dass sie eine um mindestens 150° C höhere Schmelztemperatur als die Schmelztemperatur der Bindungsmaterialien in den zur Herstellung der Scheiben verwendeten Agglomeraten hatten.

Alle gesinterten Agglomerate enthielten 3 Gew.-% Bindungsmaterial und 97 Gew.-% Korn und wurden auf eine Partikelgröße von -20/+45 Mesh (US Standardsiebgröße) (355 bis 850 _m) gesiebt.

Die fertigen Scheiben hatten eine Größe von 7,0 x 0,50 x 1,25 Zoll (17,8 x 1,27 x 3,2 cm). Die Zusammensetzung der

Scheiben (Vol.-% der gebrannten Scheiben), Dichte und

Moduleigenschaften der Scheiben sind in Tabelle 15-1 beschrieben.

Die Bindung für die Prüfscheiben hatte die molare Zusammensetzung von Bindungsmaterial B aus Tabelle 2 und die mit dieser Bindung hergestellten Scheiben wurden 4 Stunden lang bei 735° C gebrannt. Die Vergleichsscheiben waren aus einer keramischen Bindung mit der molaren Zusammensetzung

Schleifkörn und entweder 10,26 Vol.-% von Bindungsmaterial C aus Tabelle 2 hergestellt und diese Scheiben wurden 8 Stunden lang bei 900° C gebrannt. Ohne gesinterte Agglomerate hergestellten Vergleichsscheiben enthielten 40 Vol.-% 107 107 keramische (Härtegrad H) oder 6,41 Vol.-% (Härtegrad Bindung. 108

Tabelle 15-1. Agglomerate und Schleifscheiben

Prüfprobe n-scheibe (Grad) Agglome ratkorn Korngrö ße Bindung smateri al Aggl om-erat Vol. o Ό Bind Vol. 0, ” o Poros ität Vol.- o o Relat ive Luftd urchl ässig keitb Dich te nach dem Bren nen g/cc Elasti zitäts modul d/cm2xl O10 15-1 (H) 32A-II 60er Korn Bindung smateri al A 40 10,3 49,7 34,4 1,84 7 27,8 15-2 (H) Alomax® 60er Korn Bindung smateri al A 40 10,3 49,7 33,4 1,83 5 27,3 15-3 (H) Norton SG® 60er Korn Bindung smateri al D 40 10,3 49,7 23,3 1,85 0 29,6 15-4 (F) Norton SG 60er Korn Bindung smateri al D 40 6,4 53, 6 46,5 1,73 0 20,9 Vergleich sa Schleif körn 109 -Proben Korn = 40 Vol.-% typ 15-C1 (H) Norton SG 60er Korn 0,0 10,3 49,7 16,6 1,81 8 31,6 15-C2 (F) Norton SG 60er Korn 0,0 6,4 53,6 35,1 1,71 5 22,1 15-C3 (H) Norton SG 46er Korn 0,0 10,3 49,7 16,0 1,82 2 32,6 15-C4 (F) Norton SG 60er Korn 0,0 6, 4 53, 6 41,9 1,73 6 23,1 15-C5 (H) 32A-II 60er Korn 0,0 10,3 49,7 15,0 1,83 2 32,5 15-C6 (H) Alomax 60er Korn 0,0 10,3 49,7 16,0 1,83 7 31,9 a. Bei 40 Vol.-% Schleifkörn enthielten die Vergleichsscheiben einen größeren Vol.-Prozentanteil Schleifkorn (d.h. etwa 2-3 Vol.-% mehr) als die Prüfscheiben, die aus 40 Vol.-% Kornagglomerat, Bindungsmaterial und Intra-Agglomerat-Porosität hergestellt waren. b. Die Durchlässigkeit für Luft (Fluida) wurde nach den in US Pat. Nr. 5,738,696 und 5,738,697, erteilt an Norton Company, offenbarten Testverfahren gemessen. Die relativen Luftdurchlässigkeitswerte sind ausgedrückt in 110 cc/Sekunde/Zoll an Wassereinheiten (es wurde eine Düse der Größe 2,2 verwendet).

Die Eigenschaften dieser Scheiben, vor allem die

Luftdurchlässigkeitswerte innerhalb eines einzelnen Härtegrads einer Scheibe, zeigten in den Strukturen der Prüfscheiben, die aus Schleifkornagglomeraten hergestellt waren, ein höheres Maß an vernetzter Porosität als in Vergleichsscheiben, welche denselben prozentualen Volumenanteil an Porosität enthielten und dieselbe Härte mit demselben Korn und denselben Bindungsmaterialien aufwiesen. Dieser strukturelle Unterschied wurde bei unterschiedlichen Härtegraden der Scheiben, bei unterschiedlichen Korntypen und Bindungen und bei unterschiedlichen Volumenanteilen von Schleifscheibenbestandteilen beobachtet.

Claims

111 Ansprüche 1. Gebundenes Schleifwerkzeug mit einer für den Fluss von Fluida durchlässigen Struktur, wobei das Werkzeug umfasst: a) etwa 5-75 Vol.-% gesinterte Agglomerate, umfassend eine Vielzahl von Schleifkörnern, die mit einem Bindungsmaterial gehalten werden, wobei das Bindungsmaterial durch eine Schmelztemperatur zwischen 500 und 14005 c gekennzeichnet ist und die gesinterten Agglomerate vor der Herstellung des Werkzeugs eine dreidimensionale Form und eine Anfangsgrößenverteilung haben; b) eine Bindung; und c) etwa 35-80 Vol.-% Gesamtporosität, wobei die Porosität mindestens 30 Vol.-% vernetzte Porosität umfasst; wobei mindestens 50 Gew.-% der gesinterten Agglomerate in dem gebundenen Schleifwerkzeug eine Vielzahl von Schleifkörnern zurückbehalten, die nach der Herstellung des Werkzeugs in einer dreidimensionalen Form gehalten werden.

2. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die gesinterten Agglomerate vor der Herstellung des Werkzeugs eine lose Packdichte von < 1,6 g/cc haben.

3. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 2, wobei die Bindung eine keramische Bindung ist.

4. Keramisch gebundenes Schleifwerkzeug von Anspruch 3, wobei das Werkzeug eine bimodale Porositätsverteilung von Intra-Agglomeratporen und vernetzter Porosität umfasst.

5. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, wobei mindestens 50 Gew.-% der gesinterten Agglomerate nach der Herstellung des Werkzeugs eine Größe innerhalb der Anfangsgrößenverteilung haben.

6. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, wobei das Bindungsmaterial ein aus der Gruppe im Wesentlichen bestehend aus keramischen Materialien, gesinterten Materialien, keramischen Bindungszusammensetzungen und Kombinationen davon bestehendes Material umfasst.

7. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 6, wobei die Schmelztemperatur des Bindungsmaterials bei etwa 800 bis 1.3005 112 C liegt.

8. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 6, wobei das Bindungsmaterial eine keramische Bindungszusammensetzung, umfassend eine gebrannte Oxidzusammensetzung aus 71 Gew.-% Si02 und B203, 14 Gew.-% AI2O3, weniger als 0,5 Gew.-% Erdalkalioxiden und 13 Gew.-% Alkalioxiden, ist.

9. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 5, wobei das Bindungsmaterial ein keramisches Material ausgewählt aus Silica, Alkali, Erdalkali, gemischten Alkali- und Erdalkalisilikaten, Aluminiumsilikaten, Zirkonsilikaten, hydrierten Silikaten, Aluminaten, Oxiden, Nitriden, Oxynitriden, Karbiden, Oxykarbiden und Kombinationen und Derivaten davon ist.

10. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die vernetzte Porosität ohne Verwendung von Poren auslösenden Medien während der Herstellung des Werkzeugs erhalten wird.

11. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, wobei das gebundene Schleifwerkzeug eine maximale Dichte von 2,2 g/cc hat.

12. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die vernetzte Porosität des Werkzeugs gekennzeichnet ist von einem relativen Luftdurchlässigkeitswert (Q/P) in cc/Sekunde/Zoll von Wasser, der mindestens 10% höher ist als der Q/P eines vergleichbaren, gebundenen Schleifwerkzeugs, das ohne die gesinterten Agglomerate hergestellt ist.

13. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die gesinterten Agglomerate eine durchschnittliche Größenabmessung haben, die zwei bis zwanzig Mal größer ist als die durchschnittliche Größe des Schleifkorns.

14. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 13, wobei der Anfangsgrößenbereich der gesinterten Agglomerate bei 200 bis 3.000 Mikrometer im mittleren Durchmesser liegt.

15. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 13, wobei die Schleifkörner Mikroschleifkörner sind und der Anfangsgrößenbereich der gesinterten Agglomerate bei 5 bis 180 Mikrometer im mittleren Durchmesser liegt.

16. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, wobei der mittlere Durchmesser der gesinterten Agglomerate nicht größer ist als eine mittlere Abmessung der vernetzten Porosität, wenn die 113 vernetzte Porosität an einer Stelle einer maximalen Öffnung gemessen wird.

17. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 2, wobei das Werkzeug 35 bis 52 Vol.-% gesinterte Agglomerate, 3 bis 13 Vol.-% keramische Bindung und 35 bis 70 Vol.-% Porosität umfasst. 18 Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 17, wobei die Bindung aus der Gruppe bestehend aus organischen Bindungen und Metallbindungen ausgewählt ist.

19. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, wobei das Werkzeug des Weiteren mindestens einen, aus der Gruppe bestehend aus sekundärem Schleifkorn, Füllmaterialien, Schleifhilfen, Poren auslösenden Medien und Kombinationen davon ausgewählten Bestandteil umfasst.

20. Keramisch gebundenes Schleifwerkzeug mit einer für den Fluss von Fluida durchlässigen Struktur, wobei das Werkzeug umfasst: a) etwa 5-75 Vol.-% gesinterte Agglomerate einer Vielzahl von Schleifkörnern mit einem Bindungsmaterial, wobei das Bindungsmaterial bei der Schmelztemperatur des Bindungsmaterials von einer Viskosität A gekennzeichnet ist; b) eine keramische Bindung, die bei der Schmelztemperatur des Bindungsmaterials von einer Viskosität B gekennzeichnet ist, wobei die Viskosität B mindestens 33 % geringer als Viskosität A ist; und c) etwa 35-80 Vol.-% Porosität, einschließlich mindestens 30 Vol.-% vernetzte Porosität.

21. Keramisch gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 20, wobei die Viskosität A des Bindungsmaterials bei 1180° C 345 bis 55.300 Poise beträgt.

22. Keramisch gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 20, wobei die Viskosität B des keramischen Bindungsmaterials bei 1180° C 30 bis 37.000 Poise beträgt.

23. Keramisch gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 20, wobei die gesinterten Agglomerate eine dreidimensionale Anfangsform und eine Anfangsgrößenverteilung haben, und nach der Herstellung des Werkzeugs mit den gesinterten Agglomeraten mindestens 50 Gew.-% der gesinterten Agglomerate in dem Werkzeug eine Vielzahl von Schleifkörnern zurückbehalten, die in einer dreidimensionalen 114 Form gehalten werden, und mindestens 50 Gew.-% der gesinterten Agglomerate eine Größe innerhalb der Anfangsgrößenverteilung haben.

24. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 20 wobei das Werkzeug eine maximale Dichte von 2,2 g/cc besitzt.

25. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 20, wobei das Bindungsmaterial ein aus der Gruppe im Wesentlichen bestehend aus keramischen Materialien, gesinterten Materialien, keramischen BindungsZusammensetzungen und Kombinationen davon ausgewähltes Material umfasst.

26. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 20, wobei die Schmelztemperatur des Bindungsmaterials bei 800 bis 1.3002 C liegt.

27. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 20, wobei die vernetzte Porosität ohne Verwendung von Poren auslösenden Medien während der Herstellung des Werkzeugs erhalten wird.

28. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 20, wobei die vernetzte Porosität des Werkzeugs gekennzeichnet ist von einem relativen Luftdurchlässigkeitswert (Q/P) in cc/Sekunde/Zoll von Wasser, der mindestens 10% höher ist als der Q/P eines vergleichbaren, gebundenen Schleifwerkzeugs, das ohne die gesinterten Agglomerate hergestellt ist.

29. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 20, wobei die gesinterten Agglomerate vor der Herstellung des Werkzeugs eine lose Anfangspackdichte von < 1,6 g/cc haben.

30. Keramisch gebundenes Schleifwerkzeug mit einer für den Fluss von Fluida durchlässigen Struktur, wobei das Werkzeug umfasst: a) etwa 5-60 Vol.-% gesinterte Agglomerate einer Vielzahl von Schleifkörnern mit einem Bindungsmaterial, wobei das Bindungsmaterial von einer Schmelztemperatur A gekennzeichnet ist; b) einer von einer Schmelztemperatur B gekennzeichneten, keramischen Bindung, wobei Schmelztemperatur B mindestens 150° C niedriger ist als Schmelztemperatur A; und c) etwa 35-80 Vol.-% Porosität, umfassend mindestens 30 Vol.-% vernetzte Porosität.

31. Keramisch gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 30, wobei die 115 gesinterten Agglomerate eine dreidimensionale Anfangsform und eine Anfangsgrößenverteilung haben, und nach der Herstellung des Werkzeugs mit den gesinterten Agglomeraten mindestens 50 Gew.-% der gesinterten Agglomerate in dem Werkzeug eine Vielzahl von Schleifkörnern zurückbehalten, die in einer dreidimensionalen Form gehalten werden, und mindestens 50 Gew.-% der gesinterten Agglomerate eine Größe innerhalb der Anfangsgrößenverteilung haben.

32. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 30, wobei das Werkzeug eine maximale Dichte von 2,2 g/cc besitzt.

33. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 30, wobei das Bindungsmaterial ein aus der Gruppe im Wesentlichen bestehend aus keramischen Materialien, gesinterten Materialien, keramischen Bindungszusammensetzungen und Kombinationen davon ausgewähltes Material umfasst.

34. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 30, wobei die Schmelztemperatur A des Bindungsmaterials bei 950 bis 1.300° C liegt.

35. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 30, wobei die vernetzte Porosität ohne Verwendung von Poren auslösenden Medien während der Herstellung des Werkzeugs erhalten wird.

35. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 30, wobei die vernetzte Porosität des Werkzeugs gekennzeichnet ist von einem relativen Luftdurchlässigkeitswert (Q/P) in cc/Sekunde/Zoll von Wasser, der mindestens 10¾ höher ist als der Q/P eines vergleichbaren, gebundenen Schleifwerkzeugs, das ohne die gesinterten Agglomerate hergestellt ist.

37. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 30, wobei die gesinterten Agglomerate vor der Herstellung des Werkzeugs eine lose Anfangspackdichte von < 1,6 g/cc haben.

38. Gebundenes Schleifwerkzeug mit einer für den Fluss von Fluida durchlässigen Struktur, wobei das Werkzeug umfasst: a) etwa 34-56 Vol.-% Schleifkorn; b) etwa 3-25 Vol.-% Bindung; und c) etwa 35-80 Vol.-% Gesamtporosität, umfassend mindestens 30 Vo1.— % vernetzte Porosität; und wobei die vernetzte Porosität ohne Zusatz porositätsauslösender Medien erzeugt wurde ohne 116 Zusatz länglich geformter Materialien mit einem Längenverhältnis von Länge zu Querschnitt von mindestens 5:1.

39. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 38, wobei 5-100 Vol.-% des Schleifkorns aus Schleifkorn besteht, das in dreidimensionalen, gesinterten Agglomeraten gehalten wird, und die gesinterten Agglomerate eine Vielzahl von Schleifkörnern mit einem Bindungsmaterial umfassen, wobei das Bindungsmaterial von einer Schmelztemperatur zwischen 500 und 1400Q C gekennzeichnet ist.

40. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 38 wobei die Bindung eine keramische Bindung ist.

41. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 39, wobei das Bindungsmaterial ein aus der Gruppe im Wesentlichen bestehend aus keramischen Materialien, gesinterten Materialien, keramischen Bindungszusammensetzungen und Kombinationen davon ausgewähltes Material umfasst.

42. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 38, wobei die vernetzte Porosität des Werkzeugs gekennzeichnet ist von einem relativen Luftdurchlässigkeitswert (Q/P) in cc/Sekunde/Zoll von Wasser, der mindestens 10% höher ist als der Q/P eines vergleichbaren, gebundenen Schleifwerkzeugs, das ohne die gesinterten Agglomerate hergestellt ist.

43. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 39, wobei die gesinterten Agglomerate vor der Herstellung des Werkzeugs eine lose Packdichte von < 1,6 g/cc besitzen.

44. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 39, wobei das gebundene Schleifwerkzeug eine bimodale Porositätsverteilung von intra-Agglomeratporen und vernetzter Porosität besitzt.

45. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 39, wobei das Werkzeug mindestens einen aus der Gruppe bestehend aus sekundärem Schleifkorn, Füllmaterialien, Schleifhilfen und Kombinationen davon ausgewählten Bestandteil umfasst.

46. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 39, wobei der Anfangsgrößenbereich der gesinterten Agglomerate bei 200 bis 3.000 Mikrometer im mittleren Durchmesser liegt.

47. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 39, wobei die sind und der Schleifkörner Mikroschleifkörner 117 Anfangsgrößenbereich der gesinterten Agglomerate bei 5 bis 180 Mikrometer im mittleren Durchmesser liegt.

48. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 39, wobei der mittlere Durchmesser der gesinterten Agglomerate nicht größer ist als eine mittlere Abmessung der vernetzten Porosität, wenn die vernetzte Porosität an einer Stelle einer maximalen Öffnung gemessen wird.

49. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 40, wobei das Werkzeug eine maximale Dichte von 2,2 g/cc besitzt.

50. Schleifwerkzeug umfassend 5 bis 7 5 Vol.-% Schleifkornagglomerate, die nach einem Verfahren hergestellt sind, welches die Schritte umfasst: a) Einspeisen von Schleifkörn und einem Bindungsmaterial, ausgewählt aus der Gruppe im Wesentlichen bestehend aus keramischen Bindungsmaterialien, gesinterten Materialien, keramischen Materialien, anorganischen Bindern, organischen Bindern und Kombinationen davon in einen Drehkalzinierungsofen bei einer kontrollierten Einspeisungsrate; b) Drehen des Ofens bei einer kontrollierten Geschwindigkeit; c) Erhitzen der Mischung bei einer Heizrate, die von der Einspeisungsrate und der Geschwindigkeit des Ofens bestimmt wird, auf Temperaturen von etwa 145 bis 1.3005 c, d) Rollen der Mischung in dem Ofen, bis das Bindungsmaterial sich an das Korn anlagert und sich eine Vielzahl von Körner aneinander lagert, um eine Vielzahl an gesinterten Agglomeraten zu erzeugen; e) wiedergewinnen der gesinterten Agglomerate aus dem Ofen, wobei die gesinterten Agglomerate aus einer Vielzahl von Schleifkörnern besteht, die von dem Bindungsmaterial aneinander gebunden sind und eine dreidimensionale Anfangsform und eine lose Packdichte von < 1,6 g/cc besitzen; f) Pressformen der gesinterten Agglomerate in einen geformten Verbundkörper; und g) thermisches Behandeln des geformten Verbundkörpers, um das Schleifwerkzeug zu formen.

51. Schleifwerkzeug nach Anspruch 50, des Weiteren umfassend den Schritt des Mischens der gesinterten Agglomerate mit einem 118 Bindungsmaterial, um eine Agglomeratmischung zu bilden.

52. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 51, wobei das Bindungsmaterial ein keramisches Bindungsmaterial ist.

53. Keramisch gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 52, wobei die keramische Bindung eine Bindungsbrenntemperatur hat, die mindestens 150° C niedriger ist als die Schmelztemperatur des Bindungsmaterials.

54. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 50, wobei das Bindungsmaterial ein aus der Gruppe im Wesentlichen bestehend aus keramischen Materialien, gesinterten Materialien, keramischen BindungsZusammensetzungen und Kombinationen davon ausgewähltes Material umfasst.

55. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 54, wobei die Schmelztemperatur des Bindungsmaterials etwa 800 bis 1.300s c beträgt.

55. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 55, wobei das Bindungsmaterial bei der Schmelztemperatur des Bindungsmaterials von einer Viskosität von etwa 30 bis 55.300 Poise gekennzeichnet ist.

57. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 55, wobei das Bindungsmaterial eine keramische Bindungszusammensetzung umfassend eine gebrannte Oxidzusammensetzung von 71 Gew.-% Si02 und B2O3, 14 Gew.-% AI2O3, weniger als 0,5 Gew.-% Erdalkalioxiden und 13 Gew.~% Alkalioxiden, ist.

58. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 54, wobei das Bindungsmaterial ein keramisches Material ausgewählt aus Silica, Alkali, Erdalkali, gemischten Alkali- und Erdalkalisilikaten, Aluminiumsilikaten, Zirkonsilikaten, hydrierten Silikaten, Aluminaten, Oxiden, Nitriden, Oxynitriden, Karbiden, Oxykarbiden und Kombinationen und Derivaten davon ist.

59. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 50, wobei die vernetzte Porosität ohne Zugabe Poren auslösender Medien erreicht wird.

60. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 50, wobei das Werkzeug des Weiteren mindestens etwa 35-80 Vol.-% Gesamtporosität, einschließlich mindestens 30 Vol.-% vernetzte Porosität, umfasst.

61. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 52, wobei das Werkzeug 119 eine maximale Dichte von 2,2 g/cc besitzt.

62. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 50, wobei die gesinterten Agglomerate eine durchschnittliche Größenabmessung haben, die zwei bis zwanzig Mal größer ist als die durchschnittliche Größe des Schleifkorns.

63. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 50, wobei der Anfangsgrößenbereich der gesinterten Agglomerate bei 200 bis 3.000 Mikrometer im mittleren Durchmesser liegt

64. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 50, wobei die Schleifkörner Mikrosch1eifkörner sind und der Anfangsgrößenbereich der gesinterten Agglomerate bei 5 bis 180 Mikrometer im mittleren Durchmesser liegt.

65. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 60, wobei die vernetzte Porosität des Werkzeugs gekennzeichnet ist von einem relativen Luftdurchlässigkeitswert (Q/P) in cc/Sekunde/Zoll von Wasser, der mindestens 10% höher ist als der Q/P eines vergleichbaren, gebundenen Schleifwerkzeugs, das ohne die gesinterten Agglomerate hergestellt ist.

66. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 51, wobei das Werkzeug 35 bis 52 Vol.-% gesinterte Agglomerate, 3 bis 13 Vol.-% keramische Bindung und 35 bis 70 Vol.-% Porosität umfasst.

67. Gebundenes Schleifwerkzeug nach Anspruch 50, wobei das Werkzeug mindestens einen aus der Gruppe bestehend aus sekundärem Schleifkorn, Füllmaterialien, Schleifhilfen und Kombinationen davon ausgewählten Bestandteil umfasst.

68. Schleifverfahren, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines gebundenen Schleifwerkzeugs mit einer für den Fluss von Fluida durchlässigen Struktur, wobei das Werkzeug umfasst: 1) 5 bis 75 Vol.-% gesinterte Agglomerate, umfassend eine Vielzahl von Schleifkörnern, die mit einem Bindungsmaterial gehalten werden, wobei das Bindungsmaterial durch eine Schmelztemperatur zwischen 500 und 1400^ C gekennzeichnet ist und die gesinterten Agglomerate vor der Herstellung des Werkzeugs eine dreidimensionale Form und eine Anfangsgrößenverteilung haben; 2) eine Bindung; und 120 3) etwa 35-80 vol.-% Gesamtporosität, wobei die Porosität mindestens 30 Vol.-% vernetzte Porosität umfasst; wobei mindestens 50 Gew.-% der gesinterten Agglomerate in dem gebundenen Schleifwerkzeug eine Vielzahl von Schleifkörnern zurückbehalten, die nach der Herstellung des Werkzeugs in einer dreidimensionalen Form gehalten werden; b) In Berührung bringen des gebundenen Schleifwerkzeugs mit einem Werkstück; und c) Abschleifen der Oberfläche des Werkstücks mit dem gebundenen Schleifwerkzeug.

69. Schleifverfahren, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines gebundenen Schleifwerkzeugs mit einer für den Fluss von Fluida durchlässigen Struktur, wobei das Werkzeug umfasst: 1) etwa 34-56 Vol.-% Schleifkorn; 2) etwa 3-25 Vol.-% Bindung; und 3) etwa 35-80 Vol.-% Gesamtporosität, umfassend mindestens 30 Vol.-% vernetzte Porosität; wobei die vernetzte Porosität erzeugt wurde ohne Zusatz porositätsauslösenden Füllmaterials und ohne Zusatz länglich geformter Materialien mit einem Längenverhältnis von mindestens 5:1; b) In Berührung bringen des gebundenen Schleifwerkzeugs mit einem Werkstück; und c) Abschleifen der Oberfläche des Werkstücks mit dem gebundenen Schleifwerkzeug.

70. Verfahren zum Agglomerieren von Schleifkorn, umfassend die Schritte: a) Einspeisen von Schleifkorn und einem Bindungsmaterial, ausgewählt aus der Gruppe im Wesentlichen bestehend aus keramischen Bindungsmaterialien, gesinterten Materialien, keramischen Materialien, anorganischen Bindern, organischen Bindern und Kombinationen davon in einen Drehkalzinierungsofen bei einer kontrollierten Einspeisungsrate; b) Drehen des Ofens bei einer kontrollierten Geschwindigkeit; c) Erhitzen der Mischung bei einer Heizrate, die von der Einspeisungsrate und der Geschwindigkeit des Ofens bestimmt wird, auf Temperaturen von etwa 145 bis 1.3005 c, 121 d) Rollen des Korns und des Bindungsmaterials in dem Ofen, bis sich das Bindungsmaterial an das Korn anlagert und sich eine Vielzahl von Körner aneinander lagert, um eine Vielzahl an gesinterten Agglomeraten zu erzeugen; und e) Wiedergewinnen der gesinterten Agglomerate aus dem Ofen, wobei die gesinterten Agglomerate eine dreidimensionale Anfangsform, eine lose Packdichte von < 1,6 g/cc besitzen und eine Vielzahl von Schleifkörnern umfassen.

71. Verfahren nach Anspruch 70, des Weiteren umfassend den Schritt des Herstellens einer einheitlichen Mischung aus dem Schleifkorn und dem Bindungsmaterial und dann Einspeisen der Mischung in den Drehkalzinierungsofen.

72. Verfahren nach Anspruch 70, wobei die Mischung in dem Heizofen etwa 0,25 bis 2,0 Stunden gerollt wird.

73. Verfahren nach Anspruch 70, wobei die gesinterten Agglomerate eine Größe haben, die zwei bis zwanzig Mal größer ist als das Schleifkörn.

74. Verfahren nach Anspruch 70, wobei der Ofen auf einen Neigungswinkel von etwa 0,5 bis 5 Grad geneigt wird.

75. Verfahren nach Anspruch 70, wobei der Ofen bei einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 10 Umdrehungen pro Minute gedreht wird.

76. Verfahren nach Anspruch 71, wobei die Mischung bei einer Einspeisungsrate von etwa 5 bis 910 kg/Std in den Ofen gespeist wird.

77. Verfahren nach Anspruch 71, wobei die Einspeisungsrate der Mischung so eingestellt ist, dass die Mischung 8-12 Vol.-% des Ofenvolumens einnimmt.

78. Verfahren nach Anspruch 70, wobei die gesinterten Agglomerate in einem Verdichtungstest eine Mindestquetschfestigkeit von 0,5 bei 50% zerdrücktem Anteil haben.

79. Verfahren nach Anspruch 71, wobei die Mischung mindestens einen aus der Gruppe bestehend aus sekundärem Schleifkorn, Füllmaterialien, Schleifhilfen und Kombinationen davon ausgewählten Bestandteil umfasst.

80. Verfahren nach Anspruch 71, wobei die Mischung des Weiteren Poren auslösende Medien ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus - 122 - hohlen Glaskugeln, gemahlenen Walnussschalen, Hohlkugeln oder Kügelchen aus Plastikmaterial oder organischen Verbindungen, geschäumte Glaspartikel, Blasen-Mullit und Blasen-Aluminiumoxid und Kombinationen davon umfasst.

81. Verfahren nach Anspruch 70, wobei das Korn und das Bindungsmaterial in dem Ofen auf eine Temperatur von 800-12009 C erhitzt werden.

82. Verfahren nach Anspruch 81, wobei die Temperatur wirksam ist, um zu verursachen, dass das Bindungsmaterial schmilzt und fließt und die Viskosität des geschmolzenen Bindungsmaterials mindestens 300 Poise beträgt.

83. Verfahren nach Anspruch 71, wobei die einheitliche Mischung agglomeriert wird, um ungesinterte Agglomerate zu bilden, und die ungesinterten Agglomerate dann in den Drehkalzinierungsofen eingespeist werden.

84. Gesinterte Schleifkornagglomerate, hergestellt in einem Verfahren umfassend die Schritte: a) Einspeisen von Schleifkorn mit einem Bindungsmaterial in einen Drehkalzinierungsofen bei einer kontrollierten Einspeisungsrate; b) Drehen des Ofens bei einer kontrollierten Geschwindigkeit; c) Erhitzen der Mischung bei einer Heizrate, die von der Einspeisungsrate und der Geschwindigkeit des Ofens bestimmt wird, auf Temperaturen von etwa 145 bis 1.3009 c, d) Rollen des Korns und des Bindungsmaterials in dem Ofen, bis sich das Bindungsmaterial an das Korn anlagert und sich eine Vielzahl von Körner aneinander lagert, um eine Vielzahl an gesinterten Agglomeraten zu erzeugen; und e) Wiedergewinnen der gesinterten Agglomerate aus dem Ofen, wobei die gesinterten Agglomerate eine dreidimensionale Anfangsform, eine lose Packdichte von < 1,6 g/cc besitzen und eine Vielzahl von Schleifkörnern enthalten.

85. Gesinterte Agglomerate nach Anspruch 84, des Weiteren mindestens einen aus der Gruppe bestehend aus sekundärem Schleifkörn, Füllmaterialien, Schleifhilfen und Kombinationen davon ausgewählten Bestandteil umfassend.

86. Gesinterte Agglomerate nach Anspruch 84, wobei das 123 Bindungsmaterial ein aus der Gruppe im Wesentlichen bestehend aus keramischen Bindungsmaterialien, gesinterten Materialien, keramischen Materialien, anorganischen Bindern, organischen Bindern, organischen Bindungsmateria1ien, Metallbindungsmaterialien und Kombinationen davon ausgewähltes Material umfasst.

87. Gesinterte Agglomerate nach Anspruch 84, des Weiteren umfassend den Schritt des Herstellens einer einheitlichen Mischung aus dem Schleifkorn und dem Bindungsmaterial und dann Einspeisen der Mischung in den Drehkalzinierungsofen.

88. Gesinterte Agglomerate nach Anspruch 84, wobei die gesinterten Agglomerate eine Größe haben, die zwei bis zwanzig Mal größer ist als die mittlere Größe des Schleifkorns.

89. Gesinterte Agglomerate nach Anspruch 84, wobei der Anfangsgrößenbereich der gesinterten Agglomerate bei 200 bis 3.000 Mikrometer im mittleren Durchmesser liegt.

90. Gesinterte Agglomerate nach Anspruch 84, wobei die Schleifkörner Mikroschleifkörner sind und der Anfangsgrößenbereich der gesinterten Agglomerate bei 5 bis 180 Mikrometer im mittleren Durchmesser liegt.

91. Gesinterte Agglomerate nach Anspruch 84, wobei das Granulum etwa 30-88 Vol.-% Porosität enthält.

92. Gesinterte Agglomerate nach Anspruch 91, wobei bis zu 75 Vol.-% der Porosität vernetzte Porosität umfasst.

93. Gesinterte Agglomerate nach Anspruch 84, wobei die relative Dichte der Agglomerate, gemessen durch eine Fluidverdrängungsvolumentechnik und ausgedrückt als ein Verhältnis des Volumens der Agglomerate zu dem scheinbaren Volumen des Schleifkorns und des zur Herstellung der Agglomerate verwendeten Bindermaterials, maximal bei 0,7 liegt.